全 文 ：植物学通报Chinese Bulletin of Botany 2008, 25 (2): 167-175, w w w .chinbullbotany.com
收稿日期: 2007-05-24; 接受日期: 2007-10-15
基金项目: 教育部科学技术研究重点项目(No. 106065)和黑龙江省自然科学基金(No. C2006533)
* 通讯作者。E-mail: tbjiang@yahoo.com
.研究论文.
铁蛋白基因表达对烟草耐低铁能力的影响
姜廷波 *, 唐鑫华, 李凤娟, 丁宝建, 陈虹
东北林业大学林木遗传育种与生物技术教育部重点实验室, 哈尔滨150040
摘要 铁是植物生长发育的必需元素。由于土壤中的三价铁离子不能被植物直接利用, 使一些植物经常表现出缺铁症状。
为探讨利用铁蛋白基因提高植物耐低铁胁迫的作用, 利用农杆菌介导法将大豆铁蛋白基因SoyFer1和内源反义铁蛋白基因
NtFer2的cDNA分别导入烟草基因组, 采集转基因烟草种子。对T1转基因烟草的卡那霉素抗性分析表明, 整合到烟草基因组的
外源基因多为单拷贝基因, 也有少数为多拷贝基因。对具有卡那霉素抗性的转基因植株进行PCR检测和Northern杂交分析表
明, 外源基因已整合到烟草基因组中, 并且得到了正确表达。将转基因株系移栽到铁离子浓度不同的培养基中生长2个月后进
行比较表明, 转大豆铁蛋白基因烟草株系的生长量明显高于非转基因烟草株系, 而转内源反义铁蛋白基因烟草株系的生长量
则明显低于非转基因烟草株系。转大豆铁蛋白基因和转内源反义铁蛋白基因烟草株系的叶绿素含量、丙二醛(MDA)含量和过
氧化物酶(POD)活性等生理性状也发生了明显变化, 表现为转大豆铁蛋白基因株系的叶绿素含量明显增加, POD活性明显增
强, MDA含量明显降低; 而转内源反义铁蛋白基因株系的叶绿素含量、POD活性和MDA含量等则表现为与转大豆铁蛋白基因
株系的相反。铁蛋白过量表达提高了烟草耐低铁能力, 而铁蛋白抑制表达则降低了烟草耐低铁能力。
关键词 铁蛋白, 基因表达, 转基因, 大豆, 烟草
姜廷波 , 唐鑫华 , 李凤娟 , 丁宝建 , 陈虹 (2008). 铁蛋白基因表达对烟草耐低铁能力的影响. 植物学通报 25, 167-175.
铁是植物生长发育的必需元素。虽然土壤中含有
大量的铁, 但在干旱和半干旱的石灰性土壤上生长的双
子叶植物和非禾本科单子叶植物却经常表现出缺铁症状,
铁营养失调成为限制植物正常生长发育的重要因素之一
(Yona and Philip, 1982), 创造和利用铁高效植物是解
决这个问题的有效途径(A nderson , 1982 )。铁蛋白
(ferritin)是一种可以贮存铁离子的贮藏蛋白(Theil, 1987),
由24个同源或异源亚基聚合而成, 分子量约为450 kDa
(Theil, 1990), 每分子铁蛋白能以可溶、无毒和生物体
可利用的形式贮存 0-4 500个铁原子(Harris on and
Arosio, 1996)。无论在动物还是在植物中, 铁蛋白是迄
今为止发现的唯一一种能控制铁离子从固相转移到液相
的蛋白。Fe2+变为 Fe3+或 Fe3+变为 Fe2+的氧化还原
作用都是通过铁蛋白对铁离子的吸收和释放完成的。
铁蛋白在植物体内的主要作用: 一是贮存铁原子, 作为植
物光合作用和固氮的铁源; 另一个是作为胁迫反应蛋
白。铁过量会导致氧化胁迫, Fe2+ 能与 H2O2反应产生
羟自由基, 其极高的氧化活性可导致细胞死亡。铁蛋白
基因是植物体内依赖铁进行表达的基因(Vansuyt et al.,
1997)。铁蛋白能将高毒性的 Fe(II)转化为无毒的Fe(III)
螯合物形式, 并通过控制细胞中游离Fe2+ 浓度防御氧化
胁迫对植物带来的损害(Balla et al. , 1992; Becana et
al., 1998)。自 1963年 Hyde等首次报道大豆铁蛋白以
来, 已在许多植物中发现了铁蛋白的存在, 并且克隆到许
多编码铁蛋白的 cDNA片段, 例如豌豆(Lescure et al. ,
1991)、玉米(Pet it et al. , 2001)、紫花苜蓿(Deak et
al., 1999)和烟草(Jiang, 2005)的编码铁蛋白的 cDNA。
Goto等(2000)将由 35S 启动子驱动的大豆铁蛋白基因
通过农杆菌介导法转入莴苣中, 发现转化株含铁量是对
照的1.2-1.7倍, 生长速度也明显快于野生型, 其鲜重比
对照高出 27%-42%。但外源铁蛋白过量表达对植物
生理性状的影响还有待进一步探讨。
168 植物学通报 25(2) 2008
本研究为明确铁蛋白基因过量表达促进植物生长的
作用机制, 将大豆铁蛋白基因及烟草内源反义铁蛋白基
因的 cDNA分别转入烟草, 以增强和抑制烟草中铁蛋白
基因的表达。同时研究了在低铁胁迫条件下转基因烟
草中与活性氧积累和膜脂过氧化相关的叶绿素、丙二
醛(malondialdehyde, MDA)含量以及超氧化物歧化酶
(s upe ro x i de d i s m u t as e , S O D)和过氧化物酶
(peroxidase, POD)活性的变化, 揭示缺铁条件下不同烟
草株系的生理反应, 验证铁蛋白基因对植物生长的促进
功能, 为利用铁蛋白基因培育植物新品种提供依据。
1 材料与方法
1.1 材料
本实验使用的烟草品种为SR-1 ( Nicot iana tabacum L.
‘Pe t i t Havana S R-1’), 大豆铁蛋白基因 SoyFe r1
(GenBank登录号为m64337)由本实验室根据前人已发
表的序列信息克隆获得 ,烟草铁蛋白基因 N t F e r 2
(GenBank登录号为 ay141105)是作者前期研究获得的
(Jiang, 2005)。
1.2 方法
1.2.1 转基因烟草的培育及卡那霉素抗性分析
根据大豆铁蛋白基因和烟草铁蛋白基因的cDNA序列分
别设计了含有酶切位点 XbaI和SacI的引物。大豆铁蛋
白基因的引物为: SoyFer-F(5-GCGTCTAGAATGGC-
TCTTGCTCCATCCAAAGTT-3)和SoyFer-R(5-GCGG-
AGCTCGGCTATTCAAGATTAAGCATC- 3), 烟草内源
铁蛋白基因的反义引物为: NtFer2-Fi(5-GCGTCTAGA-
TCA TGCA A CA A CTTCCTC-3 )和 NtF e r2-R i (5 -
GCGGAGCTCGTCATGCTTCTAAAATTAGC-3)。将获
得的铁蛋白基因 cDNA 片段插入植物表达载体 pBI121
中取代GUS基因, 用电导仪将径测序确认的正确质粒导
入农杆菌EHA105中。用叶盘法转化烟草(Horsch et
al., 1985; Wang et al., 1996), 培育转基因植株, 采集
种子用于进一步实验研究。将转基因植株的 T1 代种子
播种于含有 100 mg.L-1卡那霉素的MS 培养基上。2
周后, 统计抗性苗和非抗性苗数。
1.2.2 PCR检测和 Northern blot分析
用试剂盒(Takara, Dalian)提取烟草叶片总 DNA。PCR
反应体积为20 µL, 反应体系为: 模板0.3 µg, 100 µmol.
L-1引物各0.1 µL, 2 µL 10×Buffer, 0.4 µL dNTP, 0.5 U
Taq。反应条件: 预变性94°C 2分钟; 94°C 30秒, 48°C
30 秒, 72°C 1分钟, 30个循环; 72°C延伸7分钟。PCR
产物经 1 % 琼脂糖凝胶电泳分离后用凝胶成像系统
(genus bio-image sys tem, USA)进行分析。
Northern杂交中使用的总RNA以TRIZOL Reagent
提取, 将 30 µg总 RNA在 100°C变性 5分钟, 经 1% 甲
醛变性凝胶电泳分离后转移至尼龙膜上, 用PCR DIG探
针合成试剂盒(Roche)标记探针, 按照 Engler-Blum 等
(1993)描述的方法进行杂交。
1.2.3 转基因烟草抗铁离子分析
选择卡那霉素抗性呈 3:1分离且萌发率较好的T1代烟草
转化株系, 播种于含 100 mg.L-1卡那霉素的MS培养基
上, 非转基因烟草播种于不含卡那霉素的MS培养基上, 在
(26±1)°C, 16小时光照 /8小时黑暗条件下生长。1个月
后移栽到含 0 µmol.L-1和 5 µmol.L-1Fe2+的MS培养基
上, 设 6个重复。移栽 2个月后测量植株的株高和鲜重。
1.2.4 转基因烟草 SO D、PO D活性及叶绿素和
MDA含量的测定
采用氮蓝四唑(Nitrobiue tetrazolium, NBT)光化学还原
法测定 SOD活性(Giannopolitis and Ries, 1977), 采
用愈创木酚法测定 POD 活性(Mead, 1976), 采用硫代
巴比妥酸比色法测定 M D A 含量(郝建军和刘延吉 ,
2001)。利用 SPAD-502叶绿素仪(Minolta, Japan)测
定样本叶绿素的相对含量。
2 结果与分析
2.1 种子抗卡那霉素萌发实验
将非转基因烟草和转基因烟草T0代种子播种在含有100
169姜廷波等: 铁蛋白基因表达对烟草耐低铁能力的影响
mg.L -1卡那霉素的MS培养基上, 1个月后观察T1代植
株抗卡那霉素情况。结果表明, 在含有卡那霉素的培养
基上, 非转基因烟草萌发后生长受到明显抑制, 表现为只
形成 2片白化的子叶, 真叶不能形成且根尖不能伸长。
而转基因烟草后代中则既有绿苗(Kam 抗性苗), 也有白
化苗(K am 敏感苗)。不同株系后代的卡那霉素抗感苗
表现出不同的分离比率(表 1)。ST-2、ST-3、ST-4、
ST-5、AT-1、AT-2、AT-4和 AT-5的抗感分离比率
表现为 3:1; ST-1和 AT-3的抗感分离比率表现为 15:1。
根据孟德尔的分离规律和自由组合规律推断, 后代表现
为 3:1分离的株系, 其外源基因可能是单拷贝基因或多
拷贝基因整合到 1 条染色体上的结果。而后代表现为
15:1分离的株系可能是2个基因拷贝分别整合到 2条非
同源染色体上所致。
2.2 转基因烟草的PCR检测和Northern杂交分
析
为了从分子水平上鉴定外源及反义铁蛋白基因cDNA是
否整合到了烟草基因组中, 对卡那霉素抗性株系及非转
基因植株进行了 PCR检测, 结果表明 ST和 AT系列株
系的卡那霉素抗性植株与作为阳性对照的质粒一样, 均
扩增出了与目的片段大小一致的产物, 而作为阴性对照
的非转基因植株则无类似的 PCR产物出现(图 1)。说明
外源基因已整合到烟草基因组中, 并通过种子遗传到了
下一代。
从卡那霉素抗性分离比例为3: 1, 且PCR检测确认
为转基因株系的植株中分离总 RNA。Northern-blotting
分析表明, 在转大豆铁蛋白基因的ST系列和转反义铁
蛋白基因的AT系列株系中, 均检测到了相应的外源基因
表达的mRNA信号, 说明外源铁蛋白基因已在转录水平
表 1 转基因烟草T1代幼苗的Kam抗性分析
Table 1 Kam-res istance analysis of transgenic tobacco seedlings of T1 generation
Lines Total plants Resis tant plants Sensitive plants Expect rate c2 values
ST-1 98 92 6 15:1 0.002 7
ST-2 83 65 18 3:1 0.485 9
ST-3 89 70 19 3:1 0.632 9
ST-4 90 66 24 3:1 0.133 3
ST-5 90 68 22 3:1 0.014 8
AT-1 84 67 17 3:1 1.015 8
AT-2 95 82 13 3:1 6.487 7
AT-3 127 118 9 15:1 0.151 7
AT-4 86 64 22 3:1 0.015 5
AT-5 77 60 17 3:1 0.350 6
c20.0 5 =3.841; c20.0 1 =6.635
图 1 转基因烟草的PCR分析
(A)检测大豆铁蛋白基因 SoyFer1;
(B)检测烟草铁蛋白基因NtFer2
Plasmid: 阳性对照; SR-1: 阴性对照(非转基因株系); ST-1-ST-4:
转大豆铁蛋白基因株系; AT-1-AT-4: 转反义铁蛋白基因株系
Figur e 1 PCR analysis of transgenic tobacco
(A) Detecting soybean f err itin gene SoyFer1;
(B) Detecting tobacco f err itin gene NtFer2
Plasmid: pos it ive control; SR-1: negative control (non-
transformant) ; ST-1 to ST-4: transformants expressing SoyFer1
gene; AT-1 to AT-4: transformants expressing antisense NtFer2
gene
170 植物学通报 25(2) 2008
图 2 转基因烟草的Northern杂交和NtFer2 mRNA相对丰度分
析
(A)检测SoyFer1基因表达;
(B)检测NtFer2基因表达;
(C)用实时定量RT-PCR 检测NtFer2基因表达的相对水平, 反应在
Opicon-2实时定量PCR系统上进行, 模板用量为 2 mg总RNA, 相
对mRNA 丰度以非转基因为对照求出的百分比, 平均值和标准差
来自 3 次重复实验。
SR-1、ST-1-ST-4和AT-1-A T-4同图 1
Figur e 2 Northern blot analys is and measurement of relative
abundance of NtFer2 mRNA of transgenic tobacco
(A) Detec ting the SoyFer1 gene expression;
(B) Detecting the endogenous NtFer2 gene expression;
(C) Real-t ime RT-PCR w as per formed on Opicon-2 real- t ime
PCR sys tem. The specif ic pr imers and 2 mg total RNA w ere
used for real-t ime RT-PCR reaction, and relative abundance of
NtFer2 (%) w as measured agains t the initial level (non-trans-
formation) as a control. Mean values and standard deviations
are calculated from three independent experiments.
SR-1, ST-1 to ST-4 and AT-1 to AT-4 see Figure 1
上得到表达(图 2A, C)。但转反义铁蛋白基因 cDNA 的
AT系列株系只有反义铁蛋白基因表达信号, 无内源铁蛋
白基因表达的mRNA信号, 而非转基因株系则只有内源
铁蛋白基因表达的mRNA信号, 无反义铁蛋白基因表达
信号, 说明反义铁蛋白基因的表达抑制了内源铁蛋白基
因的表达(图 2B)。为定量检测内源NtFer2的mRNA相
对丰度, 利用实时定量系统(Opicon-2, MJ, Rearch)进行
定量 RT-PCR, 结果表明, 非转基因株系的Nt Fe r2
mRNA丰度比转反义铁蛋白基因 cDNA的 AT系列株系
高 64%-82%。
2.3　转基因烟草在低铁条件下的形态表现
将供试烟草移栽到含不同浓度铁离子的MS培养基上, 2
®
个月后观察发现, 生长在无铁离子培养基上的转基因烟
草和非转基因烟草均表现出白化现象, 而在铁离子浓度
为 5 mmol.L-1的培养基上, 转基因烟草和非转基因烟草
的叶绿素含量均比在无铁离子培养基上的相应株系增加
了1倍以上(图3), 说明铁离子的存在可以促进叶绿素的
生物合成。比较转基因烟草与非转基因烟草间叶绿素
含量的差异可以看出, 在无铁和铁离子浓度为 5 mmol.
L-1条件下, 转大豆铁蛋白基因的ST系列烟草株系的叶
绿素含量均明显高于非转基因株系, 而转反义铁蛋白基
因的 AT系列烟草株系的叶绿素含量均明显低于非转基
因株系, 说明铁蛋白表达量增加可能促进了叶绿素的生
物合成或抑制了叶绿素的降解。反之, 铁蛋白表达量降
低则有可能促进叶绿素的降解或抑制叶绿素的合成。
转基因烟草和非转基因烟草株系间株高和鲜重的变
化趋势与叶绿素含量的变化相似, 在铁离子浓度为 5
mmol.L-1的培养基上, 转基因烟草和非转基因烟草的株
高与鲜重均比在无铁培养基上的相应株系明显增加(图
4A, B)。在相同铁离子浓度条件下, 转大豆铁蛋白基因
的 ST系列烟草株系的株高和鲜重均比非转基因株系明
显提高, 但未发现外源大豆铁蛋白基因表达水平越高则
171姜廷波等: 铁蛋白基因表达对烟草耐低铁能力的影响
图 4 两种不同铁离子浓度的培养基中转基因与非转基因烟草株
系间株高(A)和鲜重(B)的比较
SR-1、ST-1-ST-4和AT-1-A T-4同图 1
Figure 4 Comparison of plant height (A) and fresh w eight (B)
among transgenic tobacco lines and non-transf ormants grow n
on MS medium containing 0 and 5 mmol.L-1 Fe2+
SR-1, ST-1 to ST-4 and AT-1 to AT-4 see Figure 1
株高和鲜重越高的趋势。而转内源反义铁蛋白基因的
AT系列烟草株系的株高和鲜重明显低于非转基因烟草
株系(图 4A , B )。
2.4 转基因烟草MDA含量及SOD和POD活性的
变化
在干旱和盐害等逆境条件下, 植物细胞中的活性氧可诱
导脂质中不饱和脂肪酸发生脂质过氧化, 造成生物膜的
破坏(McCord and Fridovich, 1969)。脂质过氧化作
用的最终产物之一是丙二醛, 其含量可作为细胞膜脂过
氧化作用强弱和质膜被破坏程度的指标(F r i dovi c h ,
1975)。比较在无铁和铁离子浓度为 5 mmol.L-1 培养基
上生长的各烟草株系MDA含量的变化可以发现, 转大豆
铁蛋白基因的 ST系列烟草株系MDA 含量明显低于非
转基因株系, 而转反义铁蛋白基因的AT系列烟草株系的
MDA含量明显高于非转基因株系(图5), 说明铁蛋白大量
表达可以降低植物膜脂的过氧化作用, 保护植物的细胞
膜系统。
超氧化物歧化酶和过氧化物酶在植物抗氧化胁迫中
具有清除氧自由基和维持活性氧代谢平衡的功能, 是防
止质膜过氧化和保护膜系统的关键酶(Bowler et al. ,
1992; Fridovich,1995)。本研究表明, 虽然各转基因烟
草株系间的 SOD活性差异不显著, 但 POD活性差异极
为显著(图 6A,B)。转大豆铁蛋白基因的 ST系列烟草株
系的POD活性明显高于非转基因株系, 而转反义铁蛋白
基因的AT系列烟草株系的POD活性明显低于非转基因
株系, 说明铁蛋白基因的大量表达提高了转基因烟草细
图 3 两种不同铁离子浓度的培养基中转基因与非转基因烟草株
系间叶绿素含量的比较
SR-1、ST-1-ST-4和AT-1-A T-4同图 1
Figure 3 Comparison of chlorophy ll concentration among
transgenic tobacco lines and non-transformants grow n on MS
medium containing 0 and 5 mmol.L-1 Fe2+
SR-1, ST-1 to ST-4 and AT-1 to AT-4 see Figure 1
172 植物学通报 25(2) 2008
图 6 两种不同铁离子浓度的培养基中转基因与非转基因烟草株
系间SOD(A)和POD(B)活性比较
SR-1、ST-1-ST-4和AT-1-A T-4同图 1
Figure 6 Compar ison of SOD (A) and POD (B) ac tivity among
transgenic tobacco lines and non-transformants grow n on MS
medium containing 0 and 5 mmol.L-1 Fe2+
SR-1, ST-1 to ST-4 and AT-1 to AT-4 see Figure 1
胞内 POD活性, 增强了转基因烟草清除活性氧的能力。
3 讨论
分析植物体内某基因的功能可以利用转基因方法, 通过
转基因可以使植物体中没有或表达量很低的内源基因大
量表达, 依此来研究该基因的表达对表现型的影响, 从而
确定该基因的功能。另外, 分析植物体某基因的功能还
可以采用抑制基因表达的方法。F i r e 等( 1 99 8 )和
Waterhouse等(1998)分别在线虫和植物中发现了由
RNA 干扰诱导的基因沉默现象。其效果类似于基因功
能缺失产生的表现型(Hamilton and Baulcome, 1999;
Waterhouse et al., 2001)。通过研究抑制基因表达对
表现型的影响明确基因对某表现型的作用(Baulcome,
1998; Chuang and Meyerowitz, 2000; Gupta et al.,
2002 )。本研究对供试的转基因和非转基因株系进行
Northern杂交以检测外源基因的表达, 转反义铁蛋白基
因 cDNA 的株系由于转入的铁蛋白基因不含有非翻译
区(untrans lated regions, UTR), 即不包含 5-UTR和
3-UTR部分, 所以外源铁蛋白基因的mRNA比烟草内源
铁蛋白基因的 mRNA 短。同时, 反义铁蛋白基因转录
的 RNA与内源铁蛋白基因转录的mRNA可以互补配对
形成双链 RNA。双链 RNA诱导 Dicer酶(一种 RNA酶)
形成并发挥活性 , 致使对应部分的内源铁蛋白基因
mRNA和反义铁蛋白基因mRNA发生降解, 导致内源铁
图5 两种不同铁离子浓度的培养基中转基因与非转基因烟草株
系间MDA含量的比较
SR-1、ST-1-ST-4和AT-1-A T-4同图 1
Figure 5 Comparison of MDA concentration among transgenic
tobacco lines and non- transf ormants grow n on MS medium
containing 0 and 5 mmol.L-1 Fe2+
SR-1, ST-1 to ST-4 and AT-1 to AT-4 see Figure 1
173姜廷波等: 铁蛋白基因表达对烟草耐低铁能力的影响
蛋白基因沉默。内源铁蛋白基因 mRNA 的本底表达量
较少(比组成型表达的反义铁蛋白基因的 mRNA 量少),
虽然内源铁蛋白基因mRNA不可能100%地被Dicer酶
降解, 但剩余的量较少。所以, 导致 Northern杂交检测
不到转基因植株内源基因表达的 mRNA(图 2B )。这是
理论推断, 作者利用实时定量 RT-PCR也证实了这一点
(图 2C )。
在逆境胁迫条件下, 植物体会产生大量的活性氧自
由基, 引发膜脂过氧化作用, 造成细胞膜系统破坏, 严重
时会导致植物细胞死亡(Anderson, 1982; Yona and
Philip, 1982)。植物体中也存在着SOD和 POD等多种
抗氧化酶类和抗氧化化合物来清除体内的氧化物。植
物在逆境条件下受伤害的程度及植物对逆境的抵抗能力
与其体内的 SOD和 POD活性有关, 其活性越高, 植物
的抗逆性越强(沈振国等, 1994)。在非逆境条件下, 植
物光合作用中产生的氧自由基及金属离子(主要是铁离
子)催化的 Fenton反应是氧自由基的主要来源, 植物铁
蛋白通过贮藏过量的铁, 降低植物体细胞内自由铁离子
浓度, 从而减少氧自由基的产生, 降低氧自由基带来的损
害(Yona and Phil ip, 1982)。Goto等(2000)将 35S 启
动子驱动的大豆铁蛋白基因转入莴苣后, 发现转基因莴
苣生长速度比野生型快; 本研究将转基因烟草移植到铁
营养不足的环境条件下, 结果表明转大豆铁蛋白基因烟
草由于铁蛋白大量表达, 使得其株高和鲜重均明显高于
非转基因烟草株系; 相反, 铁蛋白基因抑制表达的转反义
铁蛋白基因烟草株系的株高和鲜重均明显低于非转基因
烟草株系。说明铁蛋白大量表达的烟草植株增强了某
种保护机制, 但这种保护机制不仅仅是通过贮存过量铁
实现的, 因为在无铁或低铁条件下铁蛋白大量表达仍然
可以提高转基因植株的SOD和POD活性, 降低MDA含
量, 从而保护细胞膜免受破坏。同时, 由于铁蛋白的大
量表达提高了双子叶植物根系铁还原酶的活性, 增加了
转铁蛋白基因植物将三价铁离子还原成二价铁离子并加
以利用的能力(Jiang et al. , 2006), 使得转铁蛋白基因
植物具有耐低铁的内在机制, 有可能利用铁蛋白基因培
育出耐低铁的转基因植物。有研究表明, 烟草的铁蛋白
基因家族至少存在 2个成员(Jiang, 2005), 本文只对烟
草体内的 1个内源基因进行了研究, 即使 1个基因的表
达受到了抑制, 其它铁蛋白基因家族成员的功能并没有
被敲除。有关抑制烟草铁蛋白基因其它成员表达效果
的研究还在进行中。
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Ke y L abo rato ry of Forest ry Tree Ge net ics Improveme nt, Mi nistry of Edu cat ion , Northeast Fore stry Unive rsi ty, Ha rbi n 1 5004 0, Chi na
Abstr act We aimed to study the effects of fer rit in gene overexpression and interference on grow th rate in transgenic tobacco
(Ni coti ana tabacum L.) plants expressing soybean (Gl yci ne max Merr ) f erritin gene (SoyFer1)(GenBank access ion No. m64337)
and antisense tobacco ferr it in gene (NtFer2)(GenBank access ion No. ay141105). We cons truc ted the expression vec tor by
placing soybean ferrit in cDNA and antisense f erritin cDNA under the control of the CaMV 35S promoter to replace the GUS gene of
pBI121 and produced transgenic tobacco by co-cult ivation of leaf disks transf ormed by Agrobacter ium tumefaci ens vector .
Kanamycin resis tance analys is show ed mos t of the T1 generation of transgenic tobacco w ith 3:1 separate ratios ; only a f ew had
15:1 separate ratios . Thus, approximately 1-2 copies of exogenous genes w ere integrated into the tobacco genome. The exog-
enous gene expression w as examined by PCR and northern blot analyses. On comparison of grow th rate betw een non-transformant
and transgenic tobacco plants grow n on MS medium containing 0 and 5 µmol.L-1 Fe2+, w e observed enhanced grow th of transgenic
tobacco expressing soybean ferritin gene at early developmental stages , w hich resulted in s ignif icantly greater plant height and
f resh w eights than those in non-trans formants and trans formants express ing anti-tobacco f er ritin gene. Compar ison of the
concentration of MDA and chlorophyll and the activity of SOD and POD betw een transgenic tobacco plants and non- transformants
under 0 and 5 µmol.L-1 Fe2+ show ed that fer ritin gene overexpression decreased the concentration of MDA and increased that of
chlorophyll and the activity of SOD and POD; conversely , f err itin gene underexpress ion increased the concentration of MDA and
decreased that of chlorophy ll and the activity of SOD and POD in transgenic tobacco plants.
Ke y w ords fe rri tin, ge ne expression , ge net ic tra nsfo rma tio n, soyb ean , to bacco
Jia ng TB, Tang XH, Li FJ, Ding BJ, Chen H (2 008). Ef fects of ferriti n gen e expression on tran sgen ic tobacco fo r lo w iron tolerance . Chin
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* Author for correspondence. E-mail: tbjiang@yahoo.com
(责任编辑: 孙冬花)