全 文 ：植物学报 Chinese Bulletin of Botany 2015, 50 (1): 12–21, www.chinbullbotany.com
doi: 10.3724/SP.J.1259.2015.00012
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收稿日期: 2014-03-14; 接受日期: 2014-11-01
基金项目: 国家自然科学基金(No.31372099)、教育部高等学校博士学科点专项科研基金(No.20104407110005)和广东省自然科学基金
(No.9251063101000002)
* 通讯作者。E-mail: wangxj@scnu.edu.cn
非洲菊微管相关蛋白基因GMAP65-1功能分析
李凌飞, 彭建宗, 王小菁*
华南师范大学生命科学学院, 广东省植物发育生物工程重点实验室, 广州 510631
摘要 微管相关蛋白在植物生长发育过程中发挥重要作用。利用反转录聚合酶链式反应(RT-PCR)和快速扩增cDNA末端
(RACE)技术对非洲菊(Gerbera hybrida)体内微管相关蛋白GMAP65-1基因进行了克隆, 获得的基因全长1 883 bp, 包含
1 740 bp的完整开放阅读框(ORF)。表达模式研究表明, 该基因在非洲菊幼嫩的根、叶及花中均有较高的表达, 且受到赤霉
素(GA)诱导显著上调。构建GMAP65-1超表达载体, 经异源转化拟南芥(Arabidopsis thaliana)后筛选获得纯合株系, 对纯合
株系进行表型观察。结果表明, GMAP65-1超表达植株的叶片及花瓣面积增大, 暗示该基因参与叶片及花瓣的形态建成。研
究结果为花卉分子育种提供了理论依据及基因资源。
关键词 cDNA克隆, 非洲菊, 微管相关蛋白, 形态建成
李凌飞, 彭建宗, 王小菁 (2015). 非洲菊微管相关蛋白基因GMAP65-1功能分析. 植物学报 50, 12–21.
微管(microtubule, MT)作为细胞骨架的重要组
分之一, 在真核生物生命体活动中发挥极其重要的作
用。在许多生理活动中 , MT通过与微管相关蛋白
(microtubule associated protein, MAPs)共同作用,
调节自身的动态变化和不同细胞时期的列阵, 参与维
持细胞形态与结构和构建细胞壁, 并调控胞质流动、细
胞极性生长、细胞有丝分裂、细胞分化和胞内信号转导
等 (Sedbrook, 2004; Sedbrook and Kaloriti, 2008;
Nick, 2012)。因此, MAPs对MT的调控机制一直受到广
泛的关注, 也是当今植物生物学的研究热点之一。
目前, 已经发现的植物MAPs按家族划分, 主要
有CLASP、CRIPT、MOR1、TON、EB1、AtMAP70、
SPR2、SPR1、WVD2以及MAP65等12个家族。其
中, MAP65的成员最多(Gardiner, 2013), 并且是植
物特有的MAPs。虽然MAP65s最早在烟草(Nicotiana
tabacum)中被发现(Jiang and Sonobe, 1993), 但目
前对其功能的研究主要集中在拟南芥(Arabidopsis
thaliana)。现已在拟南芥中发现9个MAP65成员, 分
别按顺序命名为 AtMAP65-1–AtMAP65-9。除了
AtMAP65-7与AtMAP65-9暂无研究报道外, 其余成
员均有相关研究报道。除烟草及拟南芥外, MAP65在
胡萝卜(Daucus carota) (Chan et al., 1999, 2003)、
玉米(Zea mays)(Zhu et al., 2013)、百日草(Zinnia
elegans) (Mao et al., 2006)及豇豆(Vigna sinensis)
(Panteris et al., 2010)中也有少量报道。早期对
MAP65的研究主要集中在体外实验, 解析其如何调
控微管的聚合、组装、排向及稳定性(Smertenko et
al., 2004; Van Damme et al., 2004; Mao et al.,
2005; Gaillard et al., 2008; Fache et al., 2010)。近
年来也有表型分析的报道, 并在微管与植物的抗性、
激素的运输、根细胞的伸长等方面建立了联系(Lucas
and Shaw, 2012; Zhang et al., 2012b; Kakar et al.,
2013)。
植物激素在植物生长发育过程中发挥着重要作
用。生长素在植物形态建成、向性反应、顶端优势等
方面发挥作用(任怡怡等, 2012)。研究表明, 拟南芥
MAP65的部分成员与CLASP一起通过对PINOID激
酶的调控, 共同参与生长素的极性运输过程(Kakar
et al., 2013), 暗示MAP65蛋白成员可能通过激素途
径调控植物的生长发育。赤霉素(GA)是植物体内最常
见的激素, 主要在种子萌发、叶片生长、细胞伸长、
开花调控等方面起作用(黄先忠等, 2006)。目前研究
表明其与植物细胞的分裂也存在一定的关系(Achard
et al., 2009)。脱落酸(ABA)则在诸多方面与GA有拮
·研究报告·
李凌飞等: 非洲菊微管相关蛋白基因GMAP65-1功能分析 13
抗作用, 如抑制种子萌发及细胞伸长等(Razem et
al., 2006)。在非洲菊(Gerbera hybrida)花瓣发育过程
中, GA与ABA在花瓣的伸长方面具有重要的拮抗调
控作用(张丽丽, 2012)。
非洲菊属于菊科大丁草属多年生草本植物, 其头
状花序上有3种不同类型的小花(舌状花、过渡花及盘
状花), 是研究花瓣形态建成精细调控机制的理想材
料与研究系统, 目前在国际上已经被作为复杂花序的
模式花卉植物(Meng and Wang, 2004; Broholm et
al., 2008; Zhang et al., 2012a; Kuang et al., 2013)。
对非洲菊MAP65的研究将有助于理解MAPs和微管
在调控花瓣细胞生长及其形态建成中的作用, 为花卉
品质改良提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 实验材料
金黄色深圳5号非洲菊(Gerbera hybrida, S5)采自广
州增城市镇龙鲜花种植基地的温室中。培养条件: 昼
温24–28°C, 夜温16–20°C, 相对湿度65%–80%, 自
然光照。拟南芥(Arabidopsis thaliana)Col种子、大肠
杆菌DH5α及农杆菌LAB4404均为本实验室保存。
1.2 实验方法
1.2.1 RNA提取及反转录
RNA提取参照上海博彩生物科技有限公司(Shanghai
Biocolor BioScience & Technology Company)说明
书进行。反转录使用Takara公司的反转录试剂盒, 获
得的cDNA第1条链作为后续的载体构建及反转录聚
合酶链式反应(RT-PCR)的反应模板。

1.2.2 GMAP65-1的克隆
在NCBI(http://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi)数据
库中进行BLASTN检索 , 获得GMAP65-1的EST片
段。用DNAMAN软件进行编码氨基酸序列预测, 将返
回的不完整氨基酸序列重新递交到NCBI网站进行新
一轮的蛋白BLASTP确认。经分析该基因5′端不完整,
进一步采用5′RACE法对基因全长进行克隆。5′RACE
参照Takara公司5′-Full RACE Kit说明书进行。在靠
近GMAP65-1已知序列的5′端100 bp位置设计Outer
与 Inner两条巢式下游引物 : GMAP65-1 Outer和
GMAP65-1 Inner(表1)。

1.2.3 表达水平检测
基因的表达水平检测采用半定量RT-PCR法。不同组
织中表达实验的取材: 选取在大棚生长6个月以上健
康的非洲菊植株, 剪取其新生的幼根(5 cm, 白色)、
成熟根(15 cm以上, 褐色)、幼叶(刚长出呈卷曲的幼
嫩叶片)、成熟叶(完全展开)、早期花瓣(2期舌状花花
瓣)和后期花瓣(6期舌状花花瓣)。不同时期舌状花取
材: 不同时期花发育的分期参照Meng和Wang(2004)
的方法进行, 分别取不同时期的舌状花。赤霉素(GA3)
与脱落酸(ABA)处理后取材: 选取3期舌状花花瓣, 置
于MS培养基中离体预培养 2天后 , 转至含 10
µmol·L–1GA3与50 µmol·L–1ABA的MS培养基中处理
不同时间。所取材料均置于液氮中冻存备用。参照
1.2.1节所述方法进行RNA提取, 以反转录得到cDNA
第1条链为模板进行半定量RT-PCR检测。RT-PCR检
测所选用的内参基因ACTIN及其它目的基因引物序
列见表1。PCR反应程序为 : 94°C预变性3分钟 ;
94°C30秒, 60°C30秒, 72°C30秒, 25–35个循环(根据
表达情况调整); 72°C延伸10分钟。反应产物用琼脂糖
凝胶电泳检测。

1.2.4 表达载体的构建及拟南芥转化
根据克隆得到的GMAP65-1基因全长序列, 在起始密
码子的上游及终止密码子的下游分别设计带酶切位点

表1 引物序列
Table 1 The sequences of primers
Primer name Primer sequences (5′→3′)
GMAP65-1 Outer GTACTGCTAAAAGGTCGAGCG
GMAP65-1 Inner CGGGGCTTGGTCTTGAACC
RT-ACTIN F ACGGGAAATCGTTCGTGACA
RT-ACTIN R GACCCACCACTCAGCACAATG
RT-TUA-1 F CCAGCCACCAACTGTTGTCCCAGG
RT-TUA-1 R CCCTCATCACCCTCGTCCTCAGCG
RT-TUA-2 F GGTCAGGCCGGTATCCAGGTC
RT-TUA-2 R ACGCTCCAACAGAAGGGAACCCA
RT-GMAP65-1 F ACTCGCGCATGGGAAGAGGAA
RT-GMAP65-1 R CAGGCTCGGTGCCAGATACG
GMAP65-1 ox-F ATTCTCGAGGTGATACCAAATGGCG-
GAT
GMAP65-1 ox-R AATACTAGTTGAAAGCGTTCTTAA-
GGT
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的引物: GMAP65-1 ox-F与GMAP65-1 ox-R(表1)。
以3期舌状花花瓣cDNA为模板进行PCR扩增, 得到
目的产物。目的产物与T载体连接转化到大肠杆菌感
受态细胞中, 经PCR检测, 挑取阳性菌送华大基因公
司测序。经测序验证后进行酶切及表达载体pCanG连
接、鉴定等操作。最后将构建好的表达载体采用热激
法导入农杆菌LAB4404中, 用农杆菌介导的花粉管
导入法(floral-dip)(Clough and Bent, 1998)转化拟南
芥(Col)野生型植株。

1.2.5 转基因拟南芥表型分析
经PCR及抗性筛选获得3个以上转基因纯合株系, 将
其与同一批收获的野生型种子播种在同一个MS培养
基平板上, 4°C条件下春化3天后转移至拟南芥房培养
8天。挑选长势正常的各基因型小苗移至同一培养盘
中继续培养 , 并进行后续表型分析。培养温度为
(22±2)°C, 光暗周期为16小时光照/8小时黑暗, 光照
强度为120–150 μmol·m–2·s–1。
1.3 数据分析
序列拼接、开放阅读框 (ORF)预测及序列一致性
(identity)比对采用DNAMAN软件进行。开花时间统计
按植株露白时间跟踪记录。叶片表型观察及拍照在植
株生长3周后进行。花瓣大小统计则待全部植株开花
后, 随机选取完全开放的花瓣, 借助Image J软件进
行测定。实验重复2次。每次每个株系选取3株以上进
行观察统计。差异显著水平检测采用Excel自带的
Student’s t-tests进行。
2 结果与讨论
2.1 GMAP65-1的克隆及同源性分析
根据GMAP65-1的部分EST序列设计巢式引物, 采用
5′RACE法 , 克隆得到了GMAP65-1的上游区域(图
1A)。然后用DNAMAN软件拼接获得GMAP65-1全
长。按照拼接后的基因设计上下游引物扩增全长, 将
PCR产物进行测序验证。经分析 , 克隆得到的
GMAP65-1开放阅读框为1 740 bp, 5′UTR含有115
个碱基, 共编码579个氨基酸(图1B, C)。进一步将
GMAP65-1编码的氨基酸序列与已知的拟南芥中
MAP65家族的9个成员氨基酸序列用DNAMAN软件
进行同源性比对。结果表明, 拟南芥中9个成员之间
一致性介于27%–81%之间; 最高的为AtMAP65-1与
AtMAP65-2, 一致性达到81%; 最低的为AtMAP65-4
与AtMAP65-5, 一致性仅为21%。从非洲菊中克隆得
到的GMAP65-1和拟南芥中的AtMAP65-1及AtMAP-
65-2一致性较高, 分别达到76%和72%(图1C)。前期
研究表明, MAP65的C端的15–16个氨基酸是MAP65
与MT结合的关键结构域(Schuyler et al., 2003)。此
外, AtMAP65-1的409号及420号位点的丙氨酸(A)是
其与MT结合的关键位点, 任意位点突变成缬氨酸(V)
后 , 均能造成AtMAP65-1与MT结合的功能丧失
(Smertenko et al., 2004)。比对结果显示, GMAP65-1
在上述位点上均极为保守, 暗示其在与MT结合能力
方面均有较高的保守性(图1D)。
2.2 GMAP65-1的时空表达模式
为了研究GMAP65-1在非洲菊中的时空表达模式, 分
别选取非洲菊的根、叶、舌状花花瓣3个不同的器官,
每种器官又分成幼嫩及成熟两部分进行RT-PCR检
测。结果显示, 该基因在所有的器官中均表达, 且在
根、叶中的表达量略高于花瓣(图2A)。有趣的是, 尽
管GMAP65-1表达广泛, 但其在幼嫩组织中的表达量
明显高于成熟组织(图2A)。进一步对不同发育时期舌
状花花瓣中GMAP65-1的表达情况进行了检测, 结果
显示, GMAP65-1主要在花瓣发育早期(1–3期)表达,
在4、5、6期表达微弱, 并且该表达模式与微管蛋白
TUA-1及TUA-2较为一致(图2B)。
2.3 GA与ABA对GMAP65-1表达的影响
为了探究GMAP65-1是否受到GA与ABA的调控, 以3
期的非洲菊舌状花为材料, 借助本课题组建立的花瓣
离体培养系统(Zhang et al., 2012a), 检测了GA3与
ABA处理不同时间后GMAP65-1的表达水平。结果显
示, GMAP65-1的表达在早期2小时受GA3与ABA调
控不明显, 在12和24小时受GA3诱导表达上调, 12小
时表达上调更为明显; 而ABA则具有下调该基因表达
的作用, 在24小时下调作用更为明显(图3)。
2.4 拟南芥中异源超表达GMAP65-1植株的表型
分析
为了进一步了解GMAP65-1的功能, 构建了GMAP65-1
李凌飞等: 非洲菊微管相关蛋白基因GMAP65-1功能分析 15

图1 非洲菊微管相关蛋白基因GMAP65-1克隆及氨基酸一致性比较
(A) 5′RACE第2轮巢式PCR获得的目的条带(M: Marker; 1: 扩增得到的条带); (B) 拼接得到的GMAP65-1全长序列; (C) GMAP65-1
与拟南芥MAP65家族9个成员之间的一致性比较 ; (D) GMAP65-1与拟南芥及烟草同源基因C端部分氨基酸比对(星号表示
AtMAP65-1与微管结合的关键位点; 框内表示不同物种MAP65s家族蛋白与微管结合的保守结构域(CM); 三角形表示不同物种中较
为保守的位点)

Figure 1 Full length cloning of GMAP65-1 in Gerbera hybrida and amino acid identity comparison with other MAP65 members
of Arabidopsis thaliana
(A) Target band was obtained by the second nest PCR of 5′RACE (M: Marker; 1: PCR band); (B) Full length assembled se-
quence of GMAP65-1; (C) Identity comparison between GMAP65-1 and nine members of MAP65 of Arabidopsis; (D) Alignment
of the most conserved region of GMAP65 with other homologies in Arabidopsis thaliana and Nicotiana tabacum (Asterisks indi-
cate the key resides for AtMAP65 binding to microtubule (MT); The domain within the frame indicates the conserved motif (CM)
among different species for MAP65s binding to MT; Triangles indicate the conserved resides among different species)

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图2 非洲菊GMAP65-1的时空表达模式
(A) GMAP65-1在根、叶、舌状花中的表达(Y: 幼嫩组织; M: 成
熟组织); (B) GMAP65-1在花发育1–6期舌状花花瓣中表达(以
ACTIN (AJ763915)作为内参; PCR反应循环数标注在图片右
侧 ; TUA-1及TUA-2的NCBI序列登录号分别为AJ760995和
AJ751852)

Figure 2 Temporal and spatial expression patterns of
GMAP65-1 in Gerbera hybrida
(A) Expression level of GMAP65-1 gene in root, leaf and ray
folret (rf) petal (Y: Young tissues; M: Mature tissues); (B)
Expression level of GMAP65-1 gene in rf petal in different
developmental stages of petal (ACTIN (AJ763915) was
used as internal reference; The number of PCR cycles was
listed on the right of the images; NCBI accession number of
TUA-1 and TUA-2 was AJ760995 and AJ751852, respec-
tively)

的超表达载体, 以农杆菌介导的Floral dip法(Clough
and Bent, 1998)异源转化拟南芥并获得了18个转化
株系。随机挑选其中的8个株系进行卡那抗性基因Npt
II的检测, 结果显示全部株系均为阳性(图4A)。通过
T3代纯合筛选, 共获得6个纯合的株系。RT-PCR检测
结果表明 , 除 13号株系 (OE-13)外 , 其余株系
GMAP65-1均有较高水平的表达(图4B)。在生长早期
阶段, 观察到各超表达株系与野生型无显著差异(结
果未显示)。移栽3周后, 野生型的叶片与花瓣明显增
大(图4C, D), 同时各超表达株系出现不同程度的早
花现象(图4E)。

2.5 讨论
MAP65作为植物中特有的MAPs, 自20世纪90年代
被发现以来, 对其功能的研究已经取得了显著的成
果。但限于遗传背景、数据库信息及相关的实验系统


图3 GA3与ABA对GMAP65-1表达的影响
选取3期的舌状花花瓣经MS培养基中离体预培养2天后, 分别
转至含10 µmol·L–1GA3及50 µmol·L–1ABA培养基中培养2、12、
24小时后检测GMAP65-1的表达

Figure 3 The effect of GA3 and ABA on GMAP65-1 ex-
pression
Ray folret petals of stage 3 were pre-cultured in MS media for
2 days, then transferred to 10 µmol·L–1GA3 or 50 µmol·L–1ABA
media, followed by the detection of GMAP65-1 expression 2
h, 12 h, 24 h after hormone treatments, respectively


等因素, 相关研究成果主要集中在拟南芥上(Smer-
tenko et al., 2004; Van Damme et al., 2004; Mao et
al., 2005; Gaillard et al., 2008; Fache et al., 2010;
Meng et al., 2010; Lucas et al., 2011; Lucas and
Shaw, 2012; Zhang et al., 2012b; Kakar et al.,
2013)。本研究从非洲菊中克隆得到了MAP65家族基
因GMAP65-1, 经蛋白同源性比对, 该蛋白与拟南芥
AtMAP65-1一致性高达76%。而在拟南芥的9个成员
中, 除了AtMAP65-2与AtMAP65-1同源性达到81%,
其余成员与AtMAP65-1同源性均小于45%(图1C)。暗
示拟南芥中除AtMAP65-1与AtMAP65-2外的其余成
员的进化可能发生在菊科进化分支之后。此外, At-
MAP65-1在物种间保持较高的一致性, 推测拟南芥
AtMAP65-1可能作为较原始的基因, 经复制、突变最
终导致其它成员的出现。在此期间其家族蛋白的功能
也出现多样化, AtMAP65-2则有可能作为AtMAP65-1
最近复制产生的成员。目前有不少研究证实了At-
MAP65-1与AtMAP65-2在微管调控方面及细胞生
李凌飞等: 非洲菊微管相关蛋白基因GMAP65-1功能分析 17



图4 GMAP65-1异源转化拟南芥的表型分析
(A) 拟南芥T1代植株PCR阳性鉴定(M: Marker; +: 以带GMAP65-1基因的阳性质粒为模板; –: 以ddH2O为模板); (B) 6个GMAP65-1
纯合超表达株系表达水平检测(柱状图为定量结果); (C) 有代表性的GMAP65-1超表达植株叶片与野生型叶片的比较(Bar=1 cm);
(D) 野生型与3个不同转基因株系花瓣面积的统计结果(数据为平均值±标准误, n>13, 单位为mm2, **表示差异极显著(P<0.01)); (E)
GMAP65-1超表达早花表型(图下方数值为平均开花天数, 数据为平均值±标准误, n=16, 单位为天, **表示差异极显著(P<0.01))

Figure 4 Phenotypic analysis of the transgenic Arabidopsis plant overexpressing GMAP65-1
(A) Genotype of T1 transgenic Arabidopsis by PCR (M: Marker; +: Positive plasmid was used as template; –: Double distilled
water (ddH2O) was used as template); (B) Analysis of GMAP65-1 expression in six homozygous lines, quantitative results were
shown as histogram above the image; (C) Phenotypic comparison of the leaves between 35S::GMAP65-1 and wild type (Bar=1
cm); (D) Statistical comparison of the petal area between wild type and three transgenic lines (Value=means±SE, n>13, unit:
mm2, ** represent significant difference at P<0.01 level); (E) Early flowering phenotype of 35S::GMAP65-1 (Numbers below the
image were flowering days, Value=means±SE, n=16, unit: day, ** represent significant difference at P<0.01 level)


18 植物学报 50(1) 2015
长过程中均存在功能冗余(Lucas et al., 2011; Lucas
and Shaw, 2012)。GMAP65-1在保守结构域及微管
结合关键位点上均与AtMAP65-1有较高的一致性(图
1D)。暗示着GMAP65-1在微管结合方面可能与
AtMAP65-1具有较高的相似性。但即使GMAP65-1与
AtMAP65-1有较高的一致性, 其功能并不一定一致。
以烟草为例, 其3个成员NtMAP65-1a、NtMAP65-1b
及NtMAP65-1c之间一致性在86%–96%之间(Jiang
and Sonobe, 1993)。研究表明虽然三者均可以直接
与微管结合, 但只有NtMAP65-1a可以促进微管的聚
合(Smertenko et al., 2000)。因此有关GMAP65-1与
微管的具体关系还有待进一步的验证。
目前有关植物MAP65的表型研究报道相对较少。
Lucas和Shaw(2012)研究表明AtMAP65-1与AtMA-
P65-2在根尖及伸长区富集, 对拟南芥根的伸长具有
重要调控作用。在黑暗条件下, atmap65-1atmap65-2
双突变体与野生型相比, 其根细胞的数目及长度均受
到显著抑制 (Lucas and Shaw, 2012)。此外 , At-
MAP65-1作为磷脂酸(PA)的靶蛋白参与植物对盐胁
迫的响应途径(Zhang et al., 2012b)。Mao等(2006)
利用原生质体系统对百日草 (Zinnia elegans)3个
MAP65蛋白进行研究, 发现ZeMAP65-1与细胞分化
密切相关。在拟南芥悬浮细胞中瞬时超表达ZeMAP-
65-1可以促进皮层微管(CMT)成束, 因此ZeMAP65-
1对木质素的形成及初生细胞壁的扩展具有重要作用
(Mao et al., 2006)。本课题组前期研究结果表明, 在
非洲菊花瓣生长发育过程中, 花瓣细胞的数目在早期
(2期)就已经决定, 后期花瓣的生长主要依赖花瓣细
胞的扩展(张丽丽, 2011)。GA通过调控CMT的动态变
化 , 在花瓣细胞的扩展过程中发挥了重要作用
(Zhang et al., 2012a)。本研究显示, 在非洲菊花瓣发
育过程中, 随着花瓣细胞扩展速率的下降GMAP65-1
的表达量逐渐降低(图2A), 这一表达趋势与微管蛋白
TUA-1和TUA-2的表达模式保持一致(图2B), 且其显
著受GA诱导上调表达(图3), 暗示其可能与CMT一起
参与了非洲菊花瓣的生长调控。这一推测通过在拟南
芥中异源超表达GMAP65-1得到了进一步的验证。超
表达GMAP65-1导致莲座叶及花瓣面积显著增加(图
4D, E), 说明GMAP65-1参与叶和花瓣的形态建成。
这一结果也为丰富MAP65在调控植物器官形态建成
方面的功能提供了新的证据。
除了引起器官大小变化以外, 超表达GMAP65-1
同时引起拟南芥植株出现早花表型(图4E)。这一表型
在之前对MAP65家族基因功能研究中未见报道。植物
开花是个复杂的过程, 除了众所周知的光周期、春化、
自主途径因子和GA这4条经典的调控途径外, 内源
ABA (Domagalska et al., 2010; Riboni et al., 2013)、
乙烯(Achard et al., 2007)、油菜素内酯(Li et al.,
2010)、生长素(Krajnčič and Nemec, 2003; Hou and
Huang, 2005)等也逐步被发现参与对植物开花时间
的调控。并且这些激素很可能以交联的方式起作用
(Davis, 2009; Domagalska et al., 2010)。生长素是
细胞分裂及分生组织维持的重要调控激素, 由于其
在胚胎发育以及胚后发育等诸多方面均发挥着重要
作用 , 因此一直被认为可能参与成花诱导 (Davis,
2009)。研究表明, 内源生长素的含量与开花时间呈
显著相关(Thingnaes et al., 2003), 外施生长素可以
加速植株开花(Shimada et al., 2005)。近期研究显示,
在拟南芥中MAP65与CLASP通过调控极性调节子
PINOID激酶的含量, 从而对生长素转运蛋白PIN的
移动产生影响, 暗示MAPs及微管骨架在生长素极性
运输方面起着重要作用(Ambrose et al., 2013; Ka-
kar et al., 2013)。本研究显示拟南芥中异源超表达
GMAP65-1引起植株早花表型的出现, 这一现象是
否与生长素极性运输或GA诱导途径有关, 值得进一
步探究。
参考文献
黄先忠, 蒋才富, 廖立力, 傅向东 (2006). 赤霉素作用机理的
分子基础与调控模式研究进展. 植物学通报 23, 499–510.
任怡怡, 戴绍军, 刘炜 (2012). 生长素的运输及其在信号转
导及植物发育中的作用. 生物技术通报 (3), 9–16.
张丽丽 (2011). 非洲菊花瓣形态建成的研究. 博士论文. 广
州: 华南师范大学. pp. 19–37.
Achard P, Baghour M, Chapple A, Hedden P, Van Der
Straeten D, Genschik P, Moritz T, Harberd NP (2007).
The plant stress hormone ethylene controls floral
transition via DELLA-dependent regulation of floral
meristem-identity genes. Proc Natl Acad Sci USA 104,
6484–6489.
Achard P, Gusti A, Cheminant S, Alioua M, Dhondt S,
Coppens F, Beemster GT, Genschik P (2009).
Gibberellin signaling controls cell proliferation rate in
李凌飞等: 非洲菊微管相关蛋白基因GMAP65-1功能分析 19
Arabidopsis. Curr Biol 19, 1188–1193.
Ambrose C, Ruan Y, Gardiner J, Tamblyn LM, Catching
A, Kirik V, Marc J, Overall R, Wasteneys GO (2013).
CLASP interacts with sorting nexin 1 to link microtubules
and auxin transport via PIN2 recycling in Arabidopsis
thaliana. Dev Cell 24, 649–659.
Broholm SK, Tähtiharju S, Laitinen RAE, Albert VA, Teeri
TH, Elomaa P (2008). A TCP domain transcription factor
controls flower type specification along the radial axis of
the Gerbera (Asteraceae) inflorescence. Proc Natl Acad
Sci USA 105, 9117–9122.
Chan J, Jensen CG, Jensen LCW, Bush M, Lloyd CW
(1999). The 65-kDa carrot microtubule-associated protein
forms regularly arranged filamentous cross-bridges
between microtubules. Proc Natl Acad Sci USA 96,
14931–14936.
Chan J, Mao GJ, Smertenko A, Hussey PJ, Naldrett M,
Bottrill A, Lloyd CW (2003). Identification of a MAP65
isoform involved in directional expansion of plant cells.
FEBS Lett 534, 161–163.
Clough SJ, Bent AF (1998). Floral dip: a simplified method
for Agrobacterium-mediated transformation of Arabidop-
sis thaliana. Plant J 16, 735–743.
Davis SJ (2009). Integrating hormones into the floral-
transition pathway of Arabidopsis thaliana. Plant Cell
Environ 32, 1201–1210.
Domagalska MA, Sarnowska E, Nagy F, Davis SJ (2010).
Genetic analyses of interactions among gibberellin,
abscisic acid, and brassinosteroids in the control of
flowering time in Arabidopsis thaliana. PLoS One 5,
e14012.
Fache V, Gaillard J, Van Damme D, Geelen D, Neumann
E, Stoppin-Mellet V, Vantard M (2010). Arabidopsis
kinetochore fiber-associated MAP65-4 cross-links micro-
tubules and promotes microtubule bundle elongation.
Plant Cell 22, 3804–3815.
Gaillard J, Neumann E, Van Damme D, Stoppin-Mellet V,
Ebel C, Barbier E, Geelen D, Vantard M (2008). Two
microtubule-associated proteins of Arabidopsis MAP65s
promote antiparallel microtubule bundling. Mol Biol Cell
19, 4534–4544.
Gardiner J (2013). The evolution and diversification of plant
microtubule-associated proteins. Plant J 75, 219–229.
Hou ZX, Huang WD (2005). Immunohistochemical localiza-
tion of IAA and ABP1 in strawberry shoot apexes during
floral induction. Planta 222, 678–687.
Jiang CJ, Sonobe S (1993). Identification and preliminary
characterization of a 65 kDa higher-plant microtubule-
associated protein. J Cell Sci 105, 891–901.
Kakar K, Zhang HT, Scheres B, Dhonukshe P (2013).
CLASP-mediated cortical microtubule organization guides
PIN polarization axis. Nature 495, 529–533.
Krajnčič B, Nemec J (2003). Mechanisms of EDDHA
effects on the promotion of floral induction in the long-day
plant Lemna minor (L.). J Plant Physiol 160, 143–151.
Kuang Q, Li LF, Peng JZ, Sun SL, Wang XJ (2013).
Transcriptome analysis of Gerbera hybrida ray florets:
putative genes associated with gibberellin metabolism
and signal transduction. PLoS One 8, e57715.
Li JH, Li YH, Chen SY, An LZ (2010). Involvement of
brassinosteroid signals in the floral-induction network of
Arabidopsis. J Exp Bot 61, 4221–4230.
Lucas JR, Courtney S, Hassfurder M, Dhingra S, Bryant
A, Shaw SL (2011). Microtubule-associated proteins
MAP65-1 and MAP65-2 positively regulate axial cell
growth in etiolated Arabidopsis hypocotyls. Plant Cell 23,
1889–1903.
Lucas JR, Shaw SL (2012). MAP65-1 and MAP65-2
promote cell proliferation and axial growth in Arabidopsis
roots. Plant J 71, 454–463.
Mao GJ, Buschmann H, Doonan JH, Lloyd CW (2006).
The role of MAP65-1 in microtubule bundling during
Zinnia tracheary element formation. J Cell Sci 119,
753–758.
Mao TL, Jin LF, Li H, Liu B, Yuan M (2005). Two
microtubule-associated proteins of the Arabidopsis
MAP65 family function differently on microtubules. Plant
Physiol 138, 654–662.
Meng QT, Du JZ, Li JJ, Lü XM, Zeng XA, Yuan M, Mao TL
(2010). Tobacco microtubule-associated protein, MAP65-
1c, bundles and stabilizes microtubules. Plant Mol Biol 74,
537–547.
Meng XC, Wang XJ (2004). Regulation of flower devel-
opment and anthocyanin accumulation in Gerbera
hybrida. J Hortic Sci Biotech 79, 131–137.
Nick P (2012). Microtubules and the tax payer. Protoplasma
249, 81–94.
Panteris E, Komis G, Adamakis IDS, Samaj J, Bos-
abalidis AM (2010). MAP65 in tubulin/colchicine paracry-
stals of Vigna sinensis root cells: possible role in the
assembly and stabilization of atypical tubulin polymers.
Cytoskeleton (Hoboken) 67, 152–160.
20 植物学报 50(1) 2015
Razem FA, Baron K, Hill RD (2006). Turning on gibberellin
and abscisic acid signaling. Curr Opin Plant Biol 9, 454–
459.
Riboni M, Galbiati M, Tonelli C, Conti L (2013). GIGAN-
TEA enables drought escape response via abscisic
acid-dependent activation of the florigens and SUPPRE-
SSOR OF OVEREXPRESSION OF CONSTANS. Plant
Physiol 162, 1706–1719.
Schuyler SC, Liu JY, Pellman D (2003). The molecular
function of Ase1p: evidence for a MAP-dependent
midzone-specific spindle matrix. Microtubule-associated
proteins. J Cell Biol 160, 517–528.
Sedbrook JC (2004). MAPs in plant cells: delineating
microtubule growth dynamics and organization. Curr Opin
Plant Biol 7, 632–640.
Sedbrook JC, Kaloriti D (2008). Microtubules, MAPs and
plant directional cell expansion. Trends Plant Sci 13, 303–
310.
Shimada A, Yamane H, Kimura Y (2005). Interaction
between aspterric acid and indole-3-acetic acid on
reproductive growth in Arabidopsis thaliana. Z Na-
turforsch C 60, 572–576.
Smertenko A, Saleh N, Igarashi H, Mori H, Hauser-Hahn
I, Jiang CJ, Sonobe S, Lloyd CW, Hussey PJ (2000). A
new class of microtubule-associated proteins in plants.
Nat Cell Biol 2, 750–753.
Smertenko AP, Chang HY, Wagner V, Kaloriti D, Fenyk S,
Sonobe S, Lloyd C, Hauser MT, Hussey PJ (2004). The
Arabidopsis microtubule-associated protein AtMAP65-1:
molecular analysis of its microtubule bundling activity.
Plant Cell 16, 2035–2047.
Thingnaes E, Torre S, Ernstsen A, Moe R (2003). Day and
night temperature responses in Arabidopsis: effects on
gibberellin and auxin content, cell size, morphology and
flowering time. Ann Bot 92, 601–612.
Van Damme D, Van Poucke K, Boutant E, Ritzenthaler C,
Inzé D, Geelen D (2004). In vivo dynamics and differential
microtubule-binding activities of MAP65 proteins. Plant
Physiol 136, 3956–3967.
Zhang LL, Li LF, Wu J, Peng JZ, Zhang LR, Wang XJ
(2012a). Cell expansion and microtubule behavior in ray
floret petals of Gerbera hybrida: responses to light and
gibberellic acid. Photochem Photobiol Sci 11, 279–288.
Zhang Q, Lin F, Mao TL, Nie JN, Yan M, Yuan M, Zhang
WH (2012b). Phosphatidic acid regulates microtubule
organization by interacting with MAP65-1 in response to
salt stress in Arabidopsis. Plant Cell 24, 4555–4576.
Zhu Y, Zuo MX, Liang YL, Jiang MY, Zhang JH, Scheller
HV, Tan MP, Zhang AY (2013). MAP65-1a positively
regulates H2O2 amplification and enhances brassinos-
teroid-induced antioxidant defence in maize. J Exp Bot
64, 3787–3802.

李凌飞等: 非洲菊微管相关蛋白基因GMAP65-1功能分析 21
Preliminary Functional Analysis of Microtubule-associated
Protein GMAP65-1 from Gerbera hybrida
Lingfei Li, Jianzong Peng, Xiaojing Wang*
Guangdong Provincial Key Laboratory of Biotechnology for Plant Development, College of Life Sciences, South China
Normal University, Guangzhou 510631, China
Abstract Microtubule-associated proteins play vital roles in plant growth and development. We cloned a full cDNA en-
coding microtubule-associated protein GMAP65-1 by RT-PCR and RACE techniques and characterized the clone. The
complete cDNA (1 883 bp) contains a 1 740-bp open reading frame encoding 579 amino acid residues. The gene ex-
pression of GMAP65-1 was higher in young roots, leaves and ray florets. Moreover, its expression was induced by gib-
berellin. Overexpression of GMAP65-1 in transgenic Arabidopsis enlarged the area of leaf and petal. GMAP65-1 might be
involved in leaf and petal morphogenesis. This study contributes to providing the theoretical basis and gene resources for
flower molecular breeding of Gerbera.
Key words cDNA cloning, Gerbera hybrida, microtubule-associated protein, morphogenesis
Li LF, Peng JZ, Wang XJ (2015). Preliminary functional analysis of microtubule-associated protein GMAP65-1 from
Gerbera hybrida. Chin Bull Bot 50, 12–21.
———————————————
* Author for correspondence. E-mail: wangxj@scnu.edu.cn
(责任编辑: 白羽红)