全 文 ：植物学报 Chinese Bulletin of Botany 2011, 46 (1): 1–10, www.chinbullbotany.com
doi: 10.3724/SP.J.1259.2011.00001
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收稿日期: 2010-08-27; 接受日期: 2010-11-21
基金项目: 陕西师范大学中央高校基本科研业务费(No.2010–2012, No.GK200902028)和国家大学生创新性试验计划(No.081071810)
* 通讯作者。E-mail: jianingyucn@yahoo.com.cn
银杏叶绿体ndhF RNA编辑现象分析及C290位编辑对
胁迫处理的响应
马艳莉, 陈海燕, 王继刚, 俞嘉宁*
陕西师范大学生命科学学院, 西安 710062
摘要 RNA编辑是一种转录后修饰加工过程, 通过碱基的插入、缺失或替换可改变氨基酸的种类, 增加蛋白质的疏水性和
同源蛋白在不同物种间的保守性。该文通过DNA与cDNA序列的比对, 分析了裸子植物银杏(Ginkgo biloba)叶绿体功能基因
ndhF的编辑现象, 该基因共含有21个编辑位点, 且这21个位点均为部分编辑。生物信息学分析及与其它物种比对结果表明,
ndhF C290位编辑可能会影响该蛋白的正确折叠。进一步使用单克隆酶切方法测定了不同胁迫处理对ndhF C290位编辑效
率的影响, 结果表明该位点的编辑效率对温度和黑暗敏感。
关键词 编辑效率, 银杏, ndhF基因, RNA编辑, 胁迫处理
马艳莉, 陈海燕, 王继刚, 俞嘉宁 (2011). 银杏叶绿体ndhF RNA编辑现象分析及C290位编辑对胁迫处理的响应. 植物学
报 46, 1–10.
RNA编辑是指在RNA成熟过程中核苷酸的替换、
插入与缺失现象, 多发生在核基因、叶绿体和线粒体
的功能基因中(Smit et al., 1997), 可分为完全编辑、
部分编辑和沉默编辑3种类型。其中部分编辑是指转
录本中的一些位点部分发生编辑的现象, 部分编辑转
录本的翻译可使同一个基因产生不同的蛋白质, 并可
能导致同一个基因具有不同的功能(Hiesel et al.,
1989)。
高等植物叶绿体RNA编辑大多涉及C→U的转
变, 目前在多种种子植物中已有较系统的研究(Will-
iams et al., 1998; Hirose and Kusumegi, 1999; Yura
and Go, 2008)。RNA编辑会增加疏水氨基酸的比例,
恢复进化上保守的氨基酸, 在ndh类基因中发生频率
较高(Maier et al., 1995; Kahlau et al., 2006)。Yura
和Go(2008)使用生物信息学手段研究了植物细胞器
的RNA编辑, 发现编辑的氨基酸主要位于α-螺旋和蛋
白结构中心, 故可能会影响蛋白质的正确折叠, 有利
于蛋白质形成稳定的三级结构, 进而影响其正常的生
理功能。
高等植物叶绿体NAD(P)H脱氢酶复合体是细菌
和线粒体中呼吸链复合体I的同源复合体, 由叶绿体
基因组的11个基因(ndhA–ndhK)和3个核基因(ndhM,
ndhN和ndhO)编码。其功能是介导围绕光系统I的循
环电子传递(Corneill and Lutz, 2000; Drescher and
Hupfer, 2002), 主要在逆境条件下起作用。其生理功
能包括在高温下协调电子传递、减少活性氧的产生、
调节CO2的同化过程及光损伤的修复等(Doyle and
Doyle, 1990)。研究表明, ndhF在叶绿体的发育过程
中起作用(Deng et al., 2006)。Wang等(2006)还观察
到光下生长的烟草(Nicotiana tabacum)ndhF突变体
比野生型衰老延迟。目前ndhF编辑是否受环境因素的
调控以及该基因的编辑是否与其功能发挥有关等方
面的研究尚未见报道。
银杏(Ginkgo biloba)是裸子植物银杏纲、银杏目、
银杏科中唯一的现存物种, 素有“活化石”之称。本
文研究了银杏叶绿体ndhF编辑位点并分析了其特征,
预测了编辑前后ndhF编码蛋白质的结构并比较了不
同物种ndhF的编辑情况, 确定C290位可能对其蛋白
质的结构和功能影响较大。在此基础上, 测定了不同
环境胁迫下ndhF C290位编辑效率的变化, 以期了解
环境因素与编辑效率的关系, 为进一步探讨RNA编
辑功能奠定基础。
·研究报告·
2 植物学报 46(1) 2011
1 材料与方法
1.1 材料
银杏(Ginkgo biloba Linn.)幼苗购自西安市三森花卉
市场, 摘取萌发后4周的幼嫩叶片液氮研磨, –80°C冷
冻备用, 以分析ndhF的编辑位点。同时对萌发4–6周
的银杏幼苗进行胁迫处理, 以分析关键位点的编辑效
率。向日葵(Helianthus annuus)、马铃薯(Solanum
tuberosum)、葡萄(Vitis vinifera)、三叶草(Trifolium
repens)、绿豆(Vigna radiata)、荠菜(Capsella bursa-
pastoris)、棉花 (Gossypium hirsutum)、鹅掌楸
(Liriodendron tulipifera)和迎春花 (Jasminum nudi-
florum)为实验室栽培, 用于分析叶绿体ndhF C290
位的RNA编辑情况。
温度胁迫处理: 将银杏幼苗置于恒温恒湿的培养
箱内, 16小时光照/8小时黑暗, 相对湿度为70%, 低
温8°C(或高温42°C)处理0、1、3、6、12和24小时后
分别采样, 液氮研磨, –80°C冻存。
盐胁迫处理: 使用200 mmol·L–1的NaCl溶液浇
灌盆栽的银杏幼苗, 每隔24小时浇灌100 mL, 处理
0、4、8、24、48、72和96小时后分别采样, 液氮研
磨, –80°C冻存。
干旱胁迫处理: 将银杏幼苗小心地从土壤中分离
出来, 洗净根部残土, 吸干水分后置于滤纸上, 采集
0、1、2、4、8、24和48小时后的样品, 液氮研磨,
–80°C冻存。
黑暗胁迫处理: 将银杏幼苗置于黑暗无光的恒温
恒湿培养箱内(相对湿度为70%)培养, 分别于0、0.5、
1、2、4、8、12和25天后采样, 液氮研磨, –80°C
冻存。
以上胁迫处理均参照文献Deng等(2006)所述方
法, 并稍有改进。
数据资料来源于National Center for Biotechno-
logy Information(NCBI)中已注册的 ndhF核酸序
列。除银杏外, 部分物种编辑位点的确定参见文献
(Hoch et al., 1991; Tsuyoshi, 1999; Kugita et al.,
2003)及RNA编辑数据库 (http://biologia.unical.it/py
_script/search.html), 另外一些物种的编辑位点为预
测结果。
1.2 方法
1.2.1 基因组总DNA的提取
银杏基因组总DNA的提取采用CTAB法。具体步骤为:
称取0.1 g新鲜叶片, 液氮研磨; 加入600 µL 65°C预
热的CTAB提取缓冲液, 65°C水浴保温30–40分钟;
之后, 加入等体积的氯仿:异戊醇(24:1), 4°C, 15 000
×g离心10分钟, 吸取上清液(上清液可用氯仿:异戊醇
重复抽提1–2次); 再加入500 µL的异戊醇, 颠倒混
匀, 至絮状物出现为止; 15 000×g离心10分钟, 弃上
清; 最后, 加入500 µL 70%乙醇漂洗沉淀, 15 000×g
离心4分钟, 除去乙醇, 吹干后, 溶于40 µL的ddH2O
中备用。

1.2.2 基因组总RNA的提取及逆转录
使用RNA Plant Reagent试剂 (TIANGEN)提取总
RNA, 严格按照试剂使用说明书进行。总RNA中残留
的DNA使用Promega公司的DNase处理, 反应体系
为 : 20 µL总RNA, 3 µL 10×DNase Buffer, 7 µL
DNase(1 U·µL–1), 37°C处理1小时, 加入等体积的酚:
氯仿(1:1, v/v)抽提, 异丙醇沉淀后, 溶于15 µL 0.1%
的DEPC处理H2O中。
使用TaKaRa公司的逆转录试剂盒进行逆转录。
20 µL的反应体系包括: 1 µg总RNA, 4 µL 5×RT
Buffer, 1 µL随机引物(浓度为100 µmol·L–1), 1 µL
M-MLV (20 U·µL–1), 0.5 µL dNTP Mixture(浓度为10
mmol·L–1)。反应条件为: 37°C温浴15分钟, 85°C变性
5秒。

1.2.3 PCR扩增及ndhF编辑位点的确定
根据NCBI数据库中公布的银杏ndhF序列设计4对引
物(表1)用于PCR及RT-PCR扩增。
PCR反应体系(25 µL)为: 12.5 µL 2×Taq PCR
Mix, 上下游引物(浓度为10 µmol·L–1)各2 µL, 1 µL
DNA, 7.5 µL ddH2O。PCR扩增程序为: 95°C 5分钟;
95°C 30秒, 50°C 30秒, 72°C 2分钟30秒, 30个循环;
72°C延伸5分钟。PCR产物于4°C保存。
RT-PCR反应体系(25 µL)为: 12.5 µL 2×Taq
PCR Mix, 上下游引物(浓度为10 µmol·L–1)各2 µL,
逆转录产物2 µL, 6.5 µL ddH2O。RT-PCR扩增程序

马艳莉等: 银杏叶绿体 ndhF RNA编辑现象分析及 C290位编辑对胁迫处理的响应 3
表1 PCR及RT-PCR扩增引物
Table 1 Primers for PCR and RT-PCR
Primer name Primer sequence(5′–3′)
ndhF 1F GATTTGATTTTCCCCTTATC Primer I
ndhF 1R TCCATAGCATCAGGTAACC
ndhF 2F TAATCGTGTAGGGGACTTCG Primer II
ndhF 2R AAGTTGTTCCTGTAATTGGC
ndhF 3F TCTATGGAACCTATTGTTGG Primer III
ndhF 3R GGTTCATTGCTGGAGTTAG
ndhF 4F AAGAATCGGGCAATCTAATG Primer IV
ndhF 4R TACAGGGGATAATGGATCAG
ndhF_JF CTTTYVTTCCACTTCCAGTTCCPrimer V
ndhF_JR GCYGCAAYAGGTCGTGTGAAC


为: 95°C 3分钟30秒; 95°C 1分钟, 55°C 1分钟, 72°C
1分钟30秒, 30个循环; 72°C延伸7分钟。于4°C保存。
经PCR和RT-PCR扩增后, 回收所得片段, 由上
海生工生物工程技术公司测序。测序结果用Laser-
gene中的Seqman软件拼接后 , 使用ClustalW比对
DNA与cDNA序列, 确定编辑位点。

1.2.4 ndhF的生物信息学分析
分别使用SMART、NPS@和PDB预测ndhF编辑前后
编码产物的跨膜结构域、蛋白二级结构和三级结构。

1.2.5 银杏叶绿体ndhF C290位编辑效率的确定
使用引物I从cDNA中扩增出长度为811 bp含有ndhF
C290位的片段, 命名为ndhF1, 将此片段连接到T载
体(Promega)上。转化大肠杆菌DH5α, 在含IPTG、
X-Gal和Amp的平板上筛选阳性克隆, 挑选出单克隆
进行菌落PCR。反应体系为: 12.5 µL 2×Taq PCR
Mix, 上下游引物(浓度为10 µmol·L–1)各2 µL, 8.5 µL
含有菌液的ddH2O。获得的ndhF1 DNA片段用75%乙
醇沉淀。
使用BsrI (Promega)切割ndhF1。反应体系为:
15.3 μL ddH2O, 2 μL 10×buffer, 0.2 μL BSA(浓度为
100 µg·mL–1), 0.3 μg ndhF1 DNA, 0.5 μL BsrI, 65°C
反应3小时。使用1%琼脂糖凝胶电泳检测酶切产物。
每组挑选30–40个单克隆, 分析C290位的编辑效率。
编辑效率的计算公式为: 编辑效率=(编辑克隆数/总
克隆数)×100%。
2 结果与讨论
2.1 银杏叶绿体ndhF编辑位点的确定及其特征
分析
从ndhF DNA与cDNA的比对可知, ndhF全长为2 214



图1 银杏叶绿体ndhF编辑位点的
测序结果

Figure 1 The editing sites of
chloroplast ndhF transcript in
Ginkgo biloba

4 植物学报 46(1) 2011
bp, 存在21个部分编辑位点(图1), 均为从C→U的转
变。其中有6个发生在密码子的第1位, 14个发生在第
2位, 均导致了氨基酸的改变, 1个发生在密码子第3
位, 对氨基酸的种类无影响, 为沉默编辑。在21个编
辑位点中, 上游为U和C的分别有13个和5个, 下游为
A和G的也分别有13个和5个, 可见编辑位点–1位核
苷酸常为尿嘧啶(或胞嘧啶), +1位核苷酸则主要以腺
嘌呤为主。这与Mulligan等(2007)得出的结论一致。
此外, 编辑后疏水性氨基酸的数目增加, ndhF
21个编辑位点对应的氨基酸均转变为疏水性氨基酸。
其中14个位点(占38.1%)编辑后使亲水性氨基酸转变
为疏水性氨基酸, 且主要是丝氨酸转变为亮氨酸, 7
个位点编辑后仍然为疏水性氨基酸, 编辑后亮氨酸转
变成脯氨酸的有4个位点(占19.1%)。
2.2 银杏叶绿体ndhF编辑前后对蛋白质结构的
影响
已有研究表明, RNA编辑可增加疏水性氨基酸的比
例, 影响蛋白质的结构。为了研究ndhF 21个编辑位
点是否对其蛋白质结构产生影响, 我们使用了SM-
ART软件进行分析。结果表明(图2A), ndhF 21个位点
编辑前有13个跨膜结构域, 编辑后多出了1个新的跨
膜结构域, 此结构域仅在C290和C296位发生编辑时
才会出现, 暗示了这两位碱基对蛋白质的结构影响较
大。此外, 编辑后在N末端前25个氨基酸处出现了1
个信号肽, 推测该信号肽与ndhF定向运输到类囊体
膜有关。
使用NPS@预测编辑前后ndhF氨基酸序列的二
级结构(图2B)时显示, α-螺旋和无规则卷曲是银杏
ndhF蛋白中大量存在的结构元件, β-折叠散布于整个
蛋白质中。编辑后α-螺旋的比例由57.39%升至
62.55%, β-折叠和无规则卷曲的比例则有所下降。此
外, 一些编辑位点的周围序列结构有所变化, 其中改
变比较显著的是C290和C296位, 它们发生编辑后周
围的结构由β-折叠转变为α-螺旋, 特别是C290位发
生编辑后, 其所对应的氨基酸由脯氨酸转变为亮氨
酸, 这些变化有利于α-螺旋的形成。
另外, 使用PDB数据库预测编辑后蛋白质的三
级结构时发现, ndhF 21个编辑位点中除C290位发生
编辑后蛋白质的三级结构无法预测外, 其它的位点编
辑后对蛋白质的三级结构几乎无影响, 应用ISSD数
据库预测得到了同样的结果, 暗示C290位编辑可能




图2 银杏叶绿体ndhF编辑前后的跨膜结构域和二级结构的预测
(A) 编辑前后跨膜结构域的变化; (B) 编辑前后二级结构的预测, 其中阴影部分代表ndhF C290位所在的氨基酸及其周围序列的二
级结构

Figure 2 Transmembrane domain and protein secondary structure prediction of ndhF gene of chloroplast in Ginkgo biloba
before and after editing
(A) The transmembrane domain prediction of ndhF gene before and after editing; (B) The protein secondary structure prediction
of ndhF gene before and after editing, respectively. The shaded were the amino acids and the secondary structure around ndhF
C290

马艳莉等: 银杏叶绿体 ndhF RNA编辑现象分析及 C290位编辑对胁迫处理的响应 5
表2 不同物种ndhF RNA编辑的比较
Table 2 The comparison of RNA editing in ndhF gene in different species
Partial cDNA sequences of ndhF gene
Species
50–70 bp (5′–3′) 280–300 bp (5′–3′)
Ginkgo biloba CAGCCTCTGTGCCAATAGGA TCCATTATGCTAGTATCAGT
Nicotiana tabacum CAGTCCCTATGTTAATAGGA TCTATTATGTTAATATTAAT
Arabidopsis thaliana CAGTACCTATTTTACTAGGA TCTATTATGTTAATATTAAT
Atropa belladonna CAGTCCCTATGTTAATAGGA TCTATTATGTTAATATTAAT
Solanum lycopersicum CAGTGCCTATGTTAATAGGA TCTATTATGTTAATATTAAT
Spinacia oleracea CGGTTCCCTTGTTAATAGGA TCTATTATGTTAATGTTAAT
Vitis vinifera CAGTCCCTATGTTAATAGGA TCTATTTTGTTAATATTAAT
Anemone vitifolia CCATTCCTATTTTAATAGGA TCTATTATGTTAATATTAAT
Helianthus annuus CAGTTCCTATGTTAATAGGG TCTATTATGTTAATATTAAT
Trifolium subterraneum CAGTTCCTATGTTAATAGGG TCTATTATGTTAATATTAAT
Vigna radiata CCGTTCCTATGTTAATAGGA TCTATCATGTTAATTTTAAT
Brassica juncea AAGTTCCTATATTAATAGGA TCTATTATGTTAATATTAAT
Solanum tuberosum CAGTCCCTATGTTAATAGGA TCTATTATGTTAATATTAAT
Liriodendron chinense CAGTTCCTATTTTAATAGGG TCTATTATGTTAATATTAAT
Jasminum nudiflorum CAATTCCTATCTTAATAGGA TGTATTATGGTAATATTAAT
* Vicia faba CAGTTCCAATGTTAATAGGA TCTATTATGTTAATATTAAT
* Cucumis sativus CAGTTCCTATTTTAATAGGG TCTATTATGTTAATATTAAT
* Jatropha curcas CCGTGCCTATATTAATAGGA TCTATTTTGTTAGTATTAAT
* Trochodendron aralioides CAGTTCCTATCTTAATAGGA TCTATTATGTTAATCTTAAT
* Oenothera biennis CAGTTCCTATTCTAATAGGA TCTATTATGTTAATATTAAT
* Quercus nigra TAATTCCTATGTTACTAGGA TCTATTATGTTAATCTTAAT
* Liquidambar formosana CAGTTCCTATGTTAATAGGA GTTCCTATGTTAATAGGATA
* Bulnesia arborea CAGTTCCTATTTTAATAGGA TGTATTATGTTAATCTTAAT
* Sophora flavescens CAATTCCTATATTAATAGGG TCTATTATGTTAATATTAAT
* Brassica oleracea var. capitata CAGTTCCTATGTTAATAGGG TCTATTATGTTAATATTAAT
* Carica papaya CAGTTCCGATTTTACTAGGA TCTATTATGTTAATATTAAT
* Citrus sinensis CAGTCCCTATGTTAATAGGG TCTATTATGTTAATATTAAT
Zea mays CAGTTATTATGTTAATGGGA TCTATTATGTTAATACTAAT
Oryza sativa CAGTTATTATGTTAATGGGG TCTATTATGTTAATACTAAT
Triticum aestivum CAGTTATTATGTTAATGGGA TCTATTATGTTAATACTAAT
Saccharum officinarum CAGTTATTATGTTAATGGGA TCTATTATGTTAATACTAAT
Hordeum vulgare CAGTTATTATGTTAATGGGA TCTATTATGTTAATACTAAT
* Sorghum bicolor CAGTTATTATGTTAATGGGA TCTATTATGTTAATACTAAT
* Ranunculus macranthus CAATTCCTATAGTAATAGGG TCCATTATGTTAATATTAAT
* Acorus calamus CAGTTACTATATTAATAGGG TCTATTATGTTAATACTAAT
黑底中的“T”为8种单子叶植物C62位的碱基; 加大“T”为银杏和26种双子叶植物C290位的碱基。物种前加*表示其编辑位点为
预测结果。
The black shaded “T” were the nucleotides of C62 in eight monocotyledons; bold and big “T” were C290 of the ginkgo and
twenty-six dicotyledon species. The editing sites of some species with * were predicted.

6 植物学报 46(1) 2011
对蛋白质的三级结构有较大的影响(数据未显示)。
2.3 不同物种叶绿体ndhF编辑位点的比较
为了进一步确定ndhF C290位编辑是否具有普遍性,
我们测定了向日葵、马铃薯、葡萄、三叶草、绿豆、
荠菜、棉花、鹅掌楸和迎春花9种双子叶植物叶绿体
ndhF基因的编辑情况。结果发现, 它们的C290位均
存在编辑位点。此外还分析了其它19种双子叶植物和
8种单子叶植物, 结果表明(表2), 银杏和检测的双子
叶植物在C290位均存在C→T的编辑, 编辑后不同物
种中C290位所在的氨基酸均转变为亮氨酸, 而单子
叶植物此位点在基因组水平上已是T, 因此无编辑现
象, 但编码氨基酸也均为亮氨酸。可见RNA编辑使其
对应的氨基酸趋于相同, 增加了同源蛋白的相似性,
C290位编辑在银杏及双子叶植物中具有普遍性。
2.4 不同胁迫处理对银杏叶绿体ndhF C290位编
辑效率的影响
为了进一步确定银杏叶绿体C290位编辑是否具有生
理学作用, 我们对银杏幼苗进行了不同的胁迫处理,
并使用单克隆酶切法对ndhF C290位编辑效率进行
了检测。图3A显示, 未编辑的ndhF1在C290位存在酶
切位点, 可切出长度为54 bp、337 bp和420 bp的3个
条带; 编辑后的ndhF1由于C290位发生了C→U的转
换, 该酶切位点消失, 可切出长度为54 bp和757 bp
的2个条带, 由此可以判断单克隆是否发生编辑(图
3B)。
用8°C低温处理银杏幼苗, 分别在1、3、6、12
和24小时后取样, 每个处理挑选约30个单克隆, 测定
其ndhF C290位的编辑效率。与对照0小时处理相比,
1小时和3小时处理的编辑效率上升, 3小时达到高峰。
随着处理时间的继续增加, 低温处理6小时, 编辑效
率开始下降, 处理24小时则降至最低。表明低温影响
了银杏叶绿体ndhF C290位的编辑效率, 低温处理后
C290位的编辑效率有明显先升后降的变化趋势(图
4A)。
用42°C高温处理银杏幼苗, 分别在1、3、6、12
和24小时后取样, 测定其ndhF C290位的编辑效率。
结果(图4B)显示, 与对照0小时处理相比, 1、3和6小
时处理的编辑效率略有上升, 12和24小时处理的编辑
效率轻微下降。表明高温处理后ndhF C290位的编辑
效率也有先升后降的趋势, 但变化幅度不大。
用NaCl溶液处理银杏幼苗, 分别在0、4、8、24、
48、72和96小时后取样, 采用上述方法测定ndhF
C290位的编辑效率。结果(图4C)显示, 与0小时处理
相比, 在盐胁迫处理条件下, ndhF C290位的编辑效


图3 BsrI酶切ndhF1的结果
(A) ndhF C290位编辑前后BsrI酶切示意图; (B) 单
克隆BsrI酶切的电泳图 M: DL 2000; 1–6: 由BsrI酶
切后的ndhF1; D: DNA阳性对照(以DNA为模板扩增
得到的ndhF1酶切结果)

Figure 3 Digestion of ndhF1 with BsrI
(A) The BsrI digestion diagram of ndhF C290 site
before and after editing; (B) The BsrI electrophore-
sis of monoclones M: DL 2000; 1–6: The BsrI
digestion of ndhF1 from six independent mono-
clones; D: The positive control of DNA (The positive
control represents the digestion results of ndhF1
with BsrI, which is amplified using DNA template)
马艳莉等: 银杏叶绿体 ndhF RNA编辑现象分析及 C290位编辑对胁迫处理的响应 7


率有轻微下降, 但变化幅度不大。
使用自然干旱法处理银杏幼苗, 分别在0、1、2、
4、8、24和48小时后取样, 采用单克隆酶切法测定其
ndhF C290位的编辑效率。结果(图4D)显示, 与0小时
处理相比, 干旱处理初期(1和2小时)编辑效率略有下
降, 之后开始回升, 在8小时达到最大值, 但干旱处
理48小时后, 编辑效率再次下降。总体来看, 与盐胁
迫类似, 干旱胁迫对ndhF C290位的编辑效率影响不
显著。
黑暗胁迫处理银杏幼苗, 分别在0、0.5、1、2、
4、8、12和25天后取样, 使用单克隆酶切法测定其
ndhF C290位的编辑效率。结果(图4E)显示, 与0天处
理相比, 随着黑暗胁迫处理时间的延长, ndhF C290
位的编辑效率呈现上升趋势, 特别是处理25天编辑
效率明显上升。
2.5 讨论
本文测定了银杏叶绿体ndhF的编辑位点, 发现其编
辑位点有21个, 在其它已测定编辑位点的物种中, 金
鱼藻(Ceratophyllum demersum)叶绿体ndhF有37个
编辑位点, 双子叶植物均只在C290位存在1个编辑位
点, 单子叶植物则在C62位存在1个编辑位点。由此可
见, ndhF的编辑位点数随着物种的进化有减少的趋
势, 并且编辑倾向于在某些关键位点保留, 以增加氨
基酸的保守性。银杏叶绿体ndhF的21个编辑位点均
为部分编辑, 这些部分编辑可能与不同环境条件下该
图4 不同胁迫处理对ndhF C290位编辑效率的影响

(A) 低温胁迫处理; (B) 高温胁迫处理; (C) 盐胁迫处
理; (D) 干旱胁迫处理; (E) 黑暗胁迫处理

Figure 4 The effects of stress treatments on ndhF
C290 site editing efficiency
(A) Low temperature stress; (B) High temperature
stress; (C) Salt stress; (D) Drought stress; (E) Dark-
ness stress
8 植物学报 46(1) 2011
基因功能的发挥有关, 也可能暗示了ndhF的编辑位
点在进化上有丢失现象。Miyata和Sugita(2004)提出,
伴随着物种的进化, 一些基因的编辑位点可能仅在重
要位点保留, 而非重要位点则会丢失。
通过分析蛋白质的二级和三级结构发现, C290
位编辑对银杏叶绿体ndhF蛋白质的结构影响较大。我
们进一步比较了不同物种叶绿体ndhF的编辑位点,
发现在已测定RNA编辑位点的物种中, 单子叶植物
的C290位在基因组水平上已经是T, 但在C62位出现
了1个新的编辑位点; 而银杏和其它双子叶植物的叶
绿体ndhF在C290位均有C→U的编辑, 此编辑位点
几乎是双子叶植物唯一的编辑位点, 该位点的编辑使
编码的氨基酸均转变成亮氨酸, 即增加了编码蛋白的
同源性。Fiebig等(2004)研究发现, RNA编辑位点随着
物种的进化有丢失现象, 但与基因功能相关的关键位
点的RNA编辑则会在自然选择压力下保留下来, 这
可能是生物体适应环境, 进行表达调控的一种方式,
同时也暗示了保留下来的RNA编辑位点具有一定的
生理功能(Kim et al., 2009)。根据上述研究结果, 我
们认为银杏叶绿体ndhF的C290位编辑可能与该基因
的功能有关。至于为什么银杏和双子叶植物叶绿体
ndhF的C290位均存在编辑现象, 而单子叶植物在该
位点基因组水平上已发生回复突变(成为T), 尚有待
进一步研究。
目前的研究多集中在温度对编辑效率的影响上,
而对RNA编辑与环境因素关系的研究则鲜有报道。
Kurihara-Yonemoto和Handa(2001)报道了低温处理
使玉米(Zea mays)线粒体cox2的RNA编辑效率降低。
Karcher和Bock(2002)研究发现, 高温可以抑制烟草
叶绿体ndhB的RNA编辑, 但这种抑制作用具有位点
选择性。本实验使用8°C低温和42°C高温分别处理生
长4周的银杏幼苗, 以处理0小时为对照, 在不同处理
时间点取样, 利用RT-PCR扩增含C290位的ndhF片
段, 然后通过单克隆酶切法测定了该位点的编辑效
率。结果表明, 在低温处理下, ndhF C290位的编辑效
率有明显的先升后降趋势, 这可能与光系统I电子流
的传递有关。叶绿体ndhF作为NADH脱氢酶复合体的
一个亚基, 在维持光系统I的氧化还原平衡和补偿电
子流方面发挥作用(Zehrmann et al., 2009)。在低温
处理初期, 光系统I的电子流传递速度加快, 因此可
能需要较高的编辑效率来补偿该电子流, 但是过度的
低温可能会使光系统I的活性降低, 不再需要补充电
子流, 所以低温胁迫处理6小时后, ndhF C290位的编
辑效率下降。经42°C高温处理, ndhF C290位的编辑
效率也表现出先升后降的变化趋势。在高温胁迫处理
初期, 可能为了协助植物体抵抗高温, C290位的编辑
效率升高, 但处理3小时后, 高温可能会对植物造成
伤害。Wang等(2006)的研究表明, 高温处理会造成植
物细胞中的某些蛋白质和酶类分解, 进而对植物的正
常生理功能产生影响。参与RNA编辑的反式作用因子
PPR为核基因编码蛋白(Hoch et al., 1991), 高温胁
迫可能会造成参与C290位编辑的PPR相关蛋白降解,
进而导致C290位的编辑效率下降。除温度胁迫外, 本
实验还使用了盐、干旱和黑暗胁迫处理银杏幼苗, 测
定其叶绿体ndhF C290位编辑效率的变化。结果发现,
在盐和干旱胁迫下, 其编辑效率变化不显著。黑暗胁
迫处理其编辑效率则有升高的趋势, 即ndhF C290位
编辑效率的增加与黑暗处理具相关性。
综上所述, 本实验对不同环境因素处理下银杏叶
绿体ndhF C290位编辑效率的变化进行了深入研究。
结果表明, 温度及暗处理对银杏叶绿体ndhF C290位
编辑效率的影响较大。对于不同环境条件下ndhF的转
录及蛋白表达水平方面的变化尚需进一步深入研究。
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10 植物学报 46(1) 2011
Analysis of Editing Sites for Chloroplast ndhF in Ginkgo biloba
and the Editing Efficiency at C290 in Response to Different
Stresses
Yanli Ma, Haiyan Chen, Jigang Wang, Jianing Yu*
College of Life Science, Shaanxi Normal University, Xian 710062, China
Abstract RNA editing is a post-transcriptional modification process including nucleotide insertion, deletion or replace-
ment. Mostly, RNA editing converts amino acid from hydrophilic to hydrophobic and restores conservation of homologous
amino acid residues among different species. In this paper, we analyzed RNA editing sites of ndhF gene of chloroplast in
Ginkgo biloba by PCR and RT-PCR. The results show that total 21 editing sites are found in this gene. All 21 sites are
partially edited with C to U conversions. Among of 21 editing sites, C290 is probably a critical editing site for ndhF to form
adapted secondary and tertiary structure by using bioinformatics analysis. We further examined ndhF C290 editing effi-
ciency with enzyme digestion method under low or high temperature, salt, drought and darkness treatment. The results
show that ndhF C290 editing efficiency is significantly affected by temperature and darkness than by salt and drought
treatment.
Key words editing efficiency, Ginkgo biloba, ndhF gene, RNA editing, stress treatment
Ma YL, Chen HY, Wang JG, Yu JN (2011). Analysis of editing sites for chloroplast ndhF in Ginkgo biloba and the editing
efficiency at C290 in response to different stresses. Chin Bull Bot 46, 1–10.
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* Author for correspondence. E-mail: jianingyucn@yahoo.com.cn
(责任编辑: 孙冬花)