免费文献传递   相关文献

Cloning and Sequence Analysis of Plastidic Glutamine Synthetase Induced by Nitrogen in Sugar Beet(Beta vulgaris L.)

氮素诱导的甜菜gln2的克隆及序列分析


本文探索了在氮素诱导下,甜菜gln2序列变化情况及氮素对gln2的调控表达情况.根据已知甜菜谷氨酰胺合成酶基因(gln2,登录号为AY026353)设计特异引物,利用RT-PCR方法克隆甜菜质体型谷氨酰胺合成酶的cDNA(GS2 cDNA)片段和甜菜质体型谷氨酰胺合成酶基因组DNA(GS2 DNA)序列,并进行生物信息学分析.获得甜菜GS2 cDNA片段序列,并首次得到甜菜GS2 DNA序列,并将GS2 DNA登录到了NCBI网站的GenBank(登录号为EU558132).生物信息学分析结果表明,GS2 DNA长度为6 144bp,含有13个外显子和12个内含子;氮素诱导的GS2 cDNA序列长度为1 296bp,与gln2序列相似性达99.92%,可编码431个氨基酸残基;其氨基酸序列与其它植物的质体型谷氨酰胺合成酶(GS2)有很高的同源性,与菠菜GS2的同源性最高,属于混合型蛋白,具有Gln-synt保守功能域,N端为beta-Grasp domain,C端为catalytic domain.采用半定量PCR分析该基因在氮素处理下的诱导表达情况,结果表明,NO3-N∶NH4+-N=80∶20和NO3-N∶NH4+-N=50∶50的处理对GS2基因表达的促进效果最好,NO3-N∶NH4+-N=0∶100对GS基因诱导作用最差.研究甜菜GS基因的结构功能及表达调控对甜菜实现高同化氨及增产增糖有重要意义.


全 文 :核 农 学 报!"#$%!"&"$## $$’%% )$’.#
!"#$%&’"()#*’+&$,-$.*#’/#$&’0*.+%*+1
收稿日期!"#$(*#’*$&!接受日期!"#$%*#.*$"
基金项目!国家自然科学基金项目"(#%’$#$’!(#’’$"’H# !现代农业产业技术体系建设专项经费项目"I,W?*$$*I*$&#
作者简介!陈胜勇!男!农艺师!主要从事作物栽培与生理研究% /*0123$;U95LX995*$A$H(8;J0
通讯作者!李彩凤!女!教授!主要从事农作物生理研究% /*0123$ 32;12f95L$AH.4$H(8;J0
文章编号!$###*&..$""#$%#$#*$’%%*#’
氮素诱导的甜菜 -’%" 的克隆及序列分析
陈胜勇$!"!李彩凤$!侯!静(!马凤鸣$!李观康"
何霭如"!余小丽"!汪!云"
" $东北农业大学农学院! 黑龙江 哈尔滨!$.##(#*"广东省湛江市农业科学研究院!
广东 湛江!."%#A%*(中国农业大学农学与生物技术学院!北京!$##$A(#
摘!要!本文探索了在氮素诱导下!甜菜 -’%" 序列变化情况及氮素对 -’%" 的调控表达情况’ 根据已知甜
菜谷氨酰胺合成酶基因" -’%"!登录号为 ,j#"H(.(#设计特异引物!利用 WF*VIW方法克隆甜菜质体型
谷氨酰胺合成酶的 ;-E,"G?" ;-E,#片段和甜菜质体型谷氨酰胺合成酶基因组 -E,"G?" -E,#序列!
并进行生物信息学分析’ 获得甜菜 G?" ;-E,片段序列!并首次得到甜菜 G?" -E,序列!并将 G?"
-E,登录到了 EI+C网站的G95+15N"登录号为 /a..&$("#’ 生物信息学分析结果表明!G?" -E,长度
为 H $%%相似性达 AAQA"R!可编码 %($ 个氨基酸残基&其氨基酸序列与其它植物的质体型谷氨酰胺合成酶
"G?"#有很高的同源性!与菠菜 G?" 的同源性最高!属于混合型蛋白!具有 G35*PM5[保守功能域!E端为
<9[1*GX1PY :J0125!I端为 ;1[13M[2;:J0125’ 采用半定量 VIW分析该基因在氮素处理下的诱导表达情
况!结果表明!ES(
@EbE]%
K @E_&#b"# 和 ES(
@EbE]%
K @E_.#b.# 的处理对 G?" 基因表达的促进
效果最好!ES(
@EbE]%
K @E_#b$## 对 G? 基因诱导作用最差’ 研究甜菜 G? 基因的结构功能及表达
调控对甜菜实现高同化氨及增产增糖有重要意义’
关键词!甜菜&质体型谷氨酰胺合成酶"-’%"#&基因克隆&序列分析&表达谱
-SC$$#Q$$&HAT682PP58$##*&..$Q"#$%Q$#8$’%%
!!甜菜"8+/& >#’-&$.1B8#是我国北方特有的糖料作
物!在我国北方农业生产中占有重要地位% 甜菜产业
与北方地区农业生产的发展!农民收入的提高!地方糖
料工业的兴旺等息息相关% 目前黑龙江省乃至全国甜
菜单产不高(总产不稳!特别是甜菜含糖率呈下降趋
势!已成为限制我国甜菜糖业发展的障碍性因子!氮素
供应不合理是造成这一显现主要原因之一 &$ @(’ % 因
此!研究甜菜的氮代谢关键酶谷氨酰胺合成酶"G?#的
氮素调控机制及基因结构对于氮素调节基因的布局和
合理利用具有重要的理论意义% 氮素作为作物生产中
的限制因子!对植物产量有着决定性的影响% 为了提
高作物对氮素的利用率!应该从植物自身出发!研究植
物利用氮素的生理生化特性!并有效地调节这些过程!
才能提高氮素利用率并防止环境污染 &%’ % 研究表明!
谷氨酰胺合成酶"G?#在高等植物氮代谢中起着重要
的作用!是氮代谢的关键酶之一!也与植物抗土壤氮素
瘠薄(抗强光照和抗除草剂草胺磷等抗非生物逆境特
性直接相关 &. @H’ *根据亚细胞定位!植物体内的 G? 分
为存在于细胞质的胞液型谷氨酰胺合成酶"G?$#和存
在于叶绿体的质体型谷氨酰胺合成酶"G?"#两种 &’’ %
G?" 负责再同化光呼吸释放的氨"E]( #!该同化作用
为光呼吸的限速步骤 && @A’ % G? 负责在 ,FV供能及金
属离子存在的条件下催化 E]% K和谷氨酸生成谷氨
酰胺!完成从无机氮转化成有机氮的第一步反应!谷氨
酸合酶"GSG,F#催化谷氨酰胺和 ,@酮戊二酸生成
两分子的谷氨酸!最终完成氨的同化 &$# @$"’ % m9309X
等 &$(’研究发现!过量硝酸盐能促进 G? 活性!过量
E]K% 抑制甜菜 G? 活性% 王学奎等
&$%’研究光对小麦
谷氨酰胺合成酶调控时研究表明!光诱导 G? 的重新
合成!短期调节主要在翻译水平上起作用!受环己亚胺
%%’$
!$# 期 氮素诱导的甜菜 -’%" 的克隆及序列分析
的抑制!长期调节则在转录水平上发挥作用!受放线菌
素 -的影响% 目前关于甜菜 G? 的研究主要集中在
G? 活性方面 &$!$. @$A’ !在影响 G? 基因表达方面的研究
较少% 经检索发现!甜菜 G?" 基因基因已在 EI+C登
录!但 -’%" 在氮素诱导下的结构变化研究未见报道%
本研究拟利用 WF*VIW技术!克隆 -’%" 并通过生物信
息学分析 L35" 结构及其编码蛋白的基本特性*并通过
半定量 VIW分析其在氮素诱导下的表达特征!为今后
研究甜菜 G? 基因在氮素循环的作用提供理论基础%
!"材料和方法
!#!"试验材料
试验于 "##’ 年 . 月 @"##& 年 H 月在东北农业大
学国家重点生理实验室进行% E?*"’.感受态细胞
-].,购自北京 FC,EG/E公司!YZ-3& @F载体(B,
B&F聚合酶(-E,片段回收纯化试剂盒均购自大连
F1k1W1公司!?7Y9X?;X2Y[%反转录酶(FWClJ3试剂均购
自美国 25\2[XJL95 公司!-E1P9#购自立陶宛 Z+C公
司% 供试甜菜品种是二倍体品种甜研 ’ 号!种子由黑
龙江大学甜菜研究所提供% 将甜菜种子在 ".^培养
箱中催芽 "%U!后挑选已出芽的种子播种在培养钵中!
育苗管理中只浇水不施肥!待甜菜幼苗在营养钵中生
长到二叶一心时把幼苗拔出!洗净根系!再移栽到装有
营养液的泡沫杯!最后放在光照约 $ &## 3=!温度约
".^的培养箱培养% 营养液配方以 ]J1L315: 营养液
配方 &$"’ 为基础!并加以改进!营养液成分如下$I1
"ES( # ")%]"S" %Q#"00J3)B
@$ #! ZL"?S%)’]"S
"$QAA00J3)B@$#!kES( "HQ#(00J3)B
@$ #!"E]% # " ?S%
"$Q’.00J3)B@$ #!k]"VS% "$Q#(00J3)B
@$ #!/-F,*D9
"#Q$.00J3)B@$ #!](+S( " $Q# ‘$#
@( 00J3)B@$ #!
Z5I3")%]"S"$Q# ‘$#
@(00J3)B@$#!m5?S%)’]"S"$Q#
‘$# @( 00J3)B@$ #!I7?S%).]"S" $Q# ‘$#
@% 00J3)
B@$#!"E]%# HZJS’S"%)%]"S".Q# ‘$#
@H00J3)B@$ #%
营养液培养 ’: 后!将幼苗置于含不同氮源的营养液中
进行培养!其中 ES(
@以 I1"ES( # " 和 kES( 为氮源!
E]%
K以"E]%
K# " ?S% 为氮源% 为保持营养液总氮量相
同!E浓度均为 ’00J3)B@$!分别设 ES(
@EbE]%
K @E
为 $##b#(&#b"#(.#b.#("#b&# 和 #b$## 五种处理!每个
处理 ( 个重复!并用 %R的硝酸 @磷酸混合液"$b"##调
节 Y]值至 ’Q# 左右&$#’ % 取处理后 %&U 的甜菜幼叶作
试验材料!样品采集后立即置于液氮中速冻!并于
@&#^冰箱中保存用于总 WE,的提取!取样在条件一
致的光照培养箱"光照约 $ &## 3=!温度 ".^#中进行%
!#$"试验方法
$Q"Q$!总 WE,的提取及 ;-E,的合成!总 WE,的
提取参考FWClJ3试剂说明书进行% 甜菜品种甜研 ’ 号
于温室中培养至 % )H 片幼苗期时取样!取样前对幼苗
浇灌 (#00J3)B@$的 kES( 溶液进行 %U 的诱导% 将样
品置于液氮中研磨!用 FWClJ3试剂提取 WE,% WE,的
消化参考 -E1P9C的说明书进行% "$#用分光光度法
定量测定 "H#50和 "2处的吸光值!计算 ,"H# T,"&#
的值以估计总 WE,的纯度!,"H# T,"&#的值为 $Q&. )
"Q# 时!表明无杂质的污染% 通过 ,"H# 的值计算总
WE,的量% ""#在 $R琼脂糖凝胶上分离总 WE,!有
两条清晰的带!且大相对分子质量""&? XWE,#的亮度
近似为小相对分子质量"$&? XWE,#的亮度的 " 倍!说
明总 WE,完整% 第一链 ;-E,的合成的具体操作步
骤参考 ?7Y9X?;X2Y[%反转录酶的使用说明书进行% 引
物采用 S32LJ":F# $&!反转录酶为 ?7Y9X?;X2Y[%%
$Q"Q"!G?" ;-E,获取!引物设计参照 G95+15N 上
]Jf0155 和 F2P;U59X提交的甜菜 -’%" 基因序列"登录
号为 ,j#"H(.(#!合成一对 G?$ 基因扩增的特异引物
&由生工生物工程"上海#股份有限公司合成’% 引物
序列如下$G"D$$.n@,FGGIFI,,,F,IFFGI,IIF,,
I,@(n!G"W$"AH$.n@FF,I,I,FFG,G,G,G,GFIF
FFG,@(n% 在 .# "B反应体系中!取 " "B第一链
;-E,作模板!利用 B,*F1o 酶进行 VIW"A%^变性 (
025*A%^ (# P!H#^ (# P! ’"^ $ 025 为一个反应循
环!重复 (# 次*’"^延伸 $# 025#扩增 G?";-E,!回
收特异扩增条带后进行连接(转化(测序%
$Q"Q(!总 -E,的提取!参考 -JM39和 -JM39的 IF,+
小量法进行甜菜幼苗叶片总 -E,的提取 &$(’ %
$Q"Q%!G?" -E,的分离!根据 G?" ;-E,的序列和
分段克隆策略!合成 " 对 G?" -E,扩增的特异引物!
其中一对引物"G"D$ 和 G"W’($#扩增 G?" -E,的 .n
端序列!另一对引物 "G"DH$. 和 G"W$"AH#扩增 G?"
-E,的 (n端序列% 引物编号及其序列如下$G"D$$.n
@,FGGIFI,,,F,IFFGI,IIF,,I,@(n!G"W’($$
.n@FFF,FFII,GI,F,I,GGI,,G@(n!G"DH$.$ .n
@FGFIGG,GIIF,FIIFGGFI@(n!G"W$"AH$ .n@
FF,I,I,FFG,G,G,G,GFIFFFG,@(n% 用 B,*F1o
酶扩增 G?" -E,的 .n端序列和 G?" -E,的 (n端序
列!同上回收(连接(转化和测序% 结合 .n((n端序列
信息得到 G?" -E,全长%
$Q"Q.!序列的生物信息学分析!利用 EI+C+31P[
"U[Y$TTeee85;<28530852U8LJ\T+B,?F#将克隆得到
.%’$
核!农!学!报 "& 卷
的 G?" -E,序列进行序列对比!分析 G?" -E,序列
的内含子情况% 利用 EI+C+31P[将 G?" ;-E,编码的
氨基酸序列进行序列对比!用 I37P[13d" U[Y$TTeee8
9<281;87NTFJJ3PT;37P[13e"T#程序对与此氨基酸序列得
分较高的高等植物氨基酸序列进行进化树分析!用
/=V,?M的 VXJ[V1X10" U[Y$TTeee89=Y1PM8;UT;L2*<25T
Y2#工具预测其蛋白质的等电点及相对分子质量!用
FJYVX9:" U[Y$TT<2Je9<8Y1P[97X8fXT25[XJ*7N8U[03#分析
蛋白质的疏水性和跨膜区!用 ]EE" U[Y$TT5YP1*Y<238
2<;Y8fXT;L2*<25 TP9;YX9:pU558Y3#网络服务器预测蛋
白质的二级结构%
$Q"QH!半定量 VIW反应!根据 G95+15N 网络数据
库 &"#’提供的甜菜 G?" 基因 -’%" "1;;9PP2J5 570<9X$
,j#"H(.(#和甜菜看家基因三磷酸甘油醛脱氢酶
G,V-] "1;;9PP2J5 570<9X$ /D%#&"(%#的 ;-E,序列
设计特异引物% 引物由 YX209XYX9029X. 软件设计!然
后在 EI+C网站上进行 +31P[以保证引物的专一性%
引物设计 &$#’ 如下$G?" 上游引物为 G?" @D.n@
,FGGIFI,,,F,IFFGI,IIF,,I,@(n!下游引物
为 G?" @W .n@FF,I, I,FFG ,G,G, G,GFI
FFFG,@(n* G,V-] 上 游 引 物 为 G,V-]*D.n@
I,I,FFFIFI,FFFIFFI,II,F@(n!下游引物为
G,V-]*W.n@FIG,,,,IFGI,GIF,FGF,FF,@
(n!引物均由生工生物工程"上海#股份有限公司合成%
同时用 ::]"S和总 WE,样品代替 ;-E,模板作阴性
对照% 半定量 VIW反应采用 .#"B反应体系% 于一
VIW管中加入反转录产物 ;-E,模板 $ )""B! $# ‘
+7f9X."B!ZLI3" " ".0Z# ("B! :EFV" $#0Z# 02=
$"B!G?" @D和 G?" @W或 G,V-]*D和 G,V-]*W各
$"B!+2JW91:MB,*F1o 酶 "+2JD37=# #Q."B!加 WE1P9
DX99::]"S至 .#"B% VIW反应条件参考 +2JW91:M
B,*F1o 酶说明书% VIW完成后!取 VIW产物 ""B!
-E,01XN9X""B!用 #Q&R琼脂糖凝胶电泳检查!在影
像分析系统 ?jEG/E/"G959IJ0Y15M! a?,#上摄像!
用系统自带的 ?jEG/E/FSSB? 凝胶分析软件对电泳
条带进行平均光密度分析!根据光密度值来判断 G?"
基因的表达情况 &$#’ % 最后利用 G,V-]基因的 VIW
产物的亮度对各个样品模板的加入量进行调整!从而
达到半定量的效果%
$"结果与分析
$#!"*7$ 8RET的 >@V扩增"克隆及序列分析
由图 $ 可知!以设计的 G"D$ 和 G"W$"AH 引物对
该 ;-E,进行特异 VIW扩增!获得的 -E,片段长度
约为$ ".A 有$ "AH子% 通过与 ]Jf0155 和 F2P;U59X提交的甜菜 -’%" 基
因序列",j#"H(.(#相比较!开放阅读框"SWD#中核苷
酸序列相似性为 AAQA"R!存在 $ 个核苷酸的差异!即
,j#"H(.( 序列的 $#& 位的 I变为 F!由此 G?" ;-E,
序列推导出氨基酸残基数为 %($ 个!与 ,j#"H(.( 序
列推导出的氨基酸序列完全一致%
注$Z$-B"### Z1XN9X*$ @.$G?" ;-E,基因的 VIW结果%
EJ[9$Z$-B"### Z1XN9X*$ @.$W9P73[JfG?" ;-E,8
图 !"*7$8RET基因 >@V电泳图
4356!"M()82+,.9,+)/3/+)/-(2,0*7$ 8RET’N >@V
$#$"*7$ RET的序列与分析
由图 " 可知!扩增得到的 G?" -E,全长约为
H $%#显子和 $" 个内含子!最大内含子长度为 $ .’H的长度为 &A与常见植物基因的内含子边界一致% 该基因序列已登
录在 G95+15N"登录号为 /a..&$("# &"$’ %
$#F"*7$ 氨基酸序列分析
用 I37P[13d程序将甜菜 G?" 氨基酸序列与已知
的部分植物 G?" 氨基酸进行聚类分析!结果如图 ( 所
示% 甜菜 G?" 氨基酸残基序列与菠菜 " 04.%&*.&
"’+$&*+& # G?" 亲 缘 关 系 最 近! 冰 叶 日 中 花
"G+1+63$5&%/;+6#6*$51/&’.%#6#次之!且与其它的高
等植物如芸苔 "8$&11.*& %&4#1#(拟南芥 ",$&3.="41.1
/;&’.&%&#(芦 苇 "2;$&-6./+1/$&’.1#( 水 稻 "H$5:&
1&/.>& #( 小 麦 " B$./.*#6 &+1/.>#6#( 大 麦 " I"$=+#6
>#’-&$+#(玉米"J+& 6&51#(甜瓜"<#*#6.16+’"#(大豆
"K’5*.%+6&7#(苜蓿 "G+=.*&-"1&/.>&#(百脉根 " A"/#1
C&4"%.*#1#(绣线菊 " 04.$&+& %.44"%.*& #(豌豆 "2.1#6
H%’$
!$# 期 氮素诱导的甜菜 -’%" 的克隆及序列分析
注$Z$-B$.### Z1XN9X*$ @($G"DH$. 和 G"W’($ 引物对扩增
的 VIW结果*% @H$G"DH$. 和 G"W$"AH 引物对扩增的 VIW
结果*’ @&$G"D$ 和 G"W$"AH 引物对扩增的 VIW结果*A @
!! $#$G"D$ 和 G"W’($ 引物对扩增的 VIW结果%
EJ[9$Z$-B$.### Z1XN9X*$ @($W9P73[JfG?"-E,G"DH$. 15: G"W’($* % @H$W9P73[JfG?"-E, G"DH$. 15: G"W$"AH* ’ @&$W9P73[JfG?"-E, G"D$ 15: G"W$"AH*A @$#$W9P73[JfG?"-E,!! 15: G"W’($8
图 $"*7$RET基因 >@V电泳图
4356$"M()82+,.9,+)/3/+)/-(2,0*7$RET’N >@V
P1[2\70#(烟草 ").*"/.&%& &/+%#&/&#和胡萝卜 "L&#*#1
*&$"/&#等的 G?" 氨基酸残基序列具有较高的同源性%
注$箭头表示甜菜 G?" 在系统发生树中的位置%
EJ[9$FU91XXJe25:2;1[9: [U9YJP2[2J5 JfG?" fXJ0P7L1X<99[25 YUM3JL95;M[X998
图 F"甜菜中 *7$ 与 E@SJ中部分 *7$ 的进化树分析
4356F">9N(,5)1)238+)(&23,1/93./’)2<))1*7$ ,0/-5&+’))2&1;.&+2,0*7$ 31E@SJ
通过网上资源 ]EE"]29X1X;U2;13E97X13E9[eJXN
09[UJ:# " U[Y$TT5YP1*Y<2382<;Y8fXT;L2*<25 TP9;YX9:p
U558Y3#分析!G?" 各个氨基酸残基对应的二级结构及
多肽预测的二级结构!其主要二级结构个数及比例如
下$,螺 旋 " ,3YU1 U932=# " ]U # $#% 个! 比 例 为
"%Q$(R!-折叠"/=[95:9: P[X15:# "/9#HA 个!比例为
$HQ#$R!无规卷曲"W15:J0;J23#"I;# ".& 个!比例为
.AQ&HR!属于混合型蛋白!其 E端与 I端各含一个段
-折叠%
$#K"不同氮素处理下甜菜叶片 *7$:VET的变化
从图 % @,和图 % @+可以看出!甜菜 -’%" 在转录
水平上的表达受氮素诱导!不同 ES(
@EbE]%
K @E处
理 %&U 后!甜菜 G?"0WE,相对表达量有显著或极显
著差异% 在 ES(
@EbE]%
K @E为 .#b.# 的 G?"0WE,
相对表达量最高!并与其他氮处理的达到显著差异!其
中与 "#b&# 及 #b$## 的达到极显著差异% 在 ES(
@Eb
E]%
K @E为 #b$## 的 G?"0WE,相对表达量最低!但
与 "#b&# 没有达到显著差异% G?"0WE,相对表达量
自高到低的顺序为 .#b.# q&#b"# q$##b# q"#b&# q#
b$##!表明硝态氮比例较高的混合态氮及硝态氮较铵
态 氮 比 例 较 高 的 混 合 态 氮 及 铵 态 氮 更 能 促 进
G?"0WE,的表达%
F"讨论
本研究利用 WF*VIW和分段 VIW策略!从糖用甜
’%’$
核!农!学!报 "& 卷
注$泳道 Z为 -B" ### Z1XN9X!自上而下为 " ###@EbE]%
K
@E为 #b$##("#b&#($##b#(.#b.#(&#b"# 的 G?";-E,*H(’(&(A($# 分别为 #b$##("#b&#($##b#(.#b.#(&#b"# 的 G,V-];-E,%
EJ[9$B159Z2P-B" ### Z1XN9Xe2[U " ####!.#b.#!&#b"# fJXES(
@E$E]%
K @EX9PY9;[2\93M* 15: H!’!&!A!$# 2PG,V-];-E,e2[U #$$##!"#$&#!$##$#!.#$.#!&#$"#
!!!! X9PY9;[2\93M8
图 K"处理 KW9后不同氮素下 *7$:VET定量 >@V表现
4356K"V)(&23Q))O.+)//3,1()Q)(,0*7$:VET-1;)+;300)+)12132+,5)1.+,.,+23,1&02)+KW 9,-+/
菜叶片中分别克隆获得 G?" ;-E,和 G?" -E,序列!
与 ]Jf0155 和 F2P;U59X提交的甜菜 -’%" 基因序列
",j#"H(.(#相比!发现甜菜品种甜研 ’ 号 G?" ;-E,
SWD序列中存在 $ 个核苷酸的差异!这可能是由于品
种不同所致!而非 VIW扩增时核苷酸的错误掺入所引
起% 因为这一核苷酸的变化为同义突变!即编码的氨
基酸未发生改变!从而减少了基因变异本身对植物的
影响!这可能是同一物种不同品种适应不同生态环境
和生理条件的遗传基础略有不同的具体体现%
研究还对所得到的 G?" ;-E,序列推导出的氨基
酸残基序列进行了结构(功能保守区预测和聚类分析%
甜菜 G?" 与菠菜 G?"(冰叶日中花 G?" 聚在一起!同
属于叶绿体型 G? 家族!同源性在 &AR以上!与豌豆(
烟草(水稻(小麦等植物的叶绿体型 G? 同源性叶很
高!G? 具有 G35*PM5[家族的结构功能域!这说明 G?"
在植物界里都是比较保守的!预示着 G?" 在植物的生
长发育中起着重要作用%
本研究中!适当比例的 ES(
@E$E]%
K @E能增加
G?" 基因的表达谱!当 ES(
@E比例较高时!对 G?" 基
因表达的促进效果更为明显% 此结果与陈胜勇等 &""’ (
管闪青等"(’ (mU1J等 &"%’氮素对甜瓜(水稻 G? 基因表
达的研究结果比较相近% 研究发现!以ES(
@E为外部
氮源时!处理初期即可以明显促进 G?" 基因的表达!
随着氮浓度的增大而增加% 这可能和 ES(
@可以通过
茎维管系统直接运输有关!ES(
@除了能促进根 EW活
性外!还能很快地促进叶 EW活性!从而提高叶 E]%
K
的水平!促进 G?" 基因的表达% 单一的氮素类型!特
别是单一的铵态氮对 G? 基因的诱导较差!可能是由
于植物对 E]%
K吸收较差或 E]%
K不能直接参与氮代
谢途径!而需要 ES(
@的辅助或转化% 这就能为在混
合态氮营养中!硝态氮比例高的条件下更能促进 G?
基因的表达作解释 &".’ %
K"结论
首次克隆到氮素诱导的甜菜 -’%" 和 G?" 基因组
-E,!并将 G?" -E,登录到了 EI+C网站的 G95+15N
"登录号为 /a..&$("#% G?" -E,长度为 H$%%有 $( 个外显子和 $" 个内含子*氮素诱导的 G?" ;-E,
序列长度为 $ "AH基酸序列与其它植物的质体型谷氨酰胺合成酶"G?"#
有很高的同源性!属于混合型蛋白!具有 G35*PM5[保守
功能域% ES(
@EbE]%
K @E_&#b"# 和 ES(
@EbE]%
K
@E_.#b.# 的处理最能促进 G?" 基因的表达!ES(
@
EbE]%
K @E_#b$## 对 G? 基因诱导作用最差%
参考文献!
& $ ’!李彩凤!马凤呜!赵越8氮素形态对甜菜氮糖代谢关键酶活性及
相关产物的影响&>’8作物学报!"##(!"A"$# $$"& @$("
& " ’!刁志伟!于雪!王玉波!李彩凤!盖志佳! 张翼飞!马凤鸣8甜菜硝
酸还原酶和亚硝酸还原酶偶联调节的研究&>’8核农学报!"#$%!
"&"$# $$(& @$%.
& ( ’!张翼飞! 于崧! 李彩凤! 王玉波! 刁志伟! 张晓旭! 刘洋! 于雪!
&%’$
!$# 期 氮素诱导的甜菜 -’%" 的克隆及序列分析
徐影! 洪鑫! 马凤鸣8甜菜幼苗生长及叶片光化学活性对氮素
的响应特征&>’8核农学报!"#$(!"’"A# $$(A$ @$%##
& % ’!许振柱!周广胜8植物氮代谢及环境调控的研究进展&>’8应用
生态学报!"##%!$."(# $..$ @.$H
& . ’!苏金! 朱汝财! 伍成祥! 方宣钧8豌豆叶绿体型谷氨酰胺合成酶
;-E,的克隆&>’8农业生物技术学报! "###!&"%# $("H
& H ’!陈胜勇!李观康!汪云!何霭如!陈傲!余小丽8谷氨酰胺合成酶的
研究进展&>’8中国农学通报!"#$#!"H"""# $%. @%A
& ’ ’!王瑶!张汉尧! 杜建伟8高等植物谷氨酰胺合成酶基因的研究进
展&>’8山东农业科学!"#$"!%%"%# $$. @$A
& & ’!d9<9X,! D37LL9aC8C5[9X1;[2J5 Jf;M[JPJ32;15: Y31P[2:2;52[XJL95
09[1’8>J7X513Jf/=Y9X2095[13+J[15M8! "##"!
.("(’## $ &H. @&’%
& A ’!白璐8甜菜谷氨酰胺酶合成酶基因启动子的克隆&-’8哈尔滨$
黑龙江大学!"##A$% @H
&$#’!印莉萍!柴晓清!刘祥林8叶绿体发育和光对小麦叶谷氨酞胺合
成酶基因表达的影响&>’8植物学报!$AA%!(H"&# $.A’ @H#"
&$$’!韩娜!葛荣朝!赵宝存8植物谷氨酰胺合成酶研究进展&>’8河北
师范大学学报$自然科学版!"##%!"&"%# $%#’ @%$#
&$"’!杜云平8谷氨酰胺合成酶的基因表达和谷氨酰胺代谢途径的定
向进化&-’8广州$中山大学!"##’$( @.
&$(’!m9309XB! G795[U9XG8 ,;[2\2[29PJfL37[101[9 :9UM:XJL951P9
"G-]# L37[10259 PM5[U9[1P9" G? # 15: L37[101[9PM5[U9[1P9
"GSG,F# 25 P7PY95P2J5 ;73[7X9P Jf8+/& >#’-&$.1B8 15:
<;+%"4"=.#6,’3#6&>’8+2J;U902P[XMYUMP2J3J3MY315[! $A&&!$&(
".# $(A’ @%#.
&$%’!王学奎!李合生!刘武定8光对小麦叶片谷氨酰胺合成酶调节机
理初探&>’8华中农业大学学报!"###!$A""# $$#" @$#.
&$.’!赵越!马凤鸣!张多英8甜菜对不同氮素吸收动力学的研究&>’8
东北农业大学学报! "##H! (’"(# $ "A% @"A&
&$H’!陈胜勇!李彩凤!马凤鸣!杨德光!侯静!孙世臣!尹春佳!黄兆峰!
赵丽影!陈业婷!越鹏8甜菜谷氨酰胺合成酶基因在不同氮素下
的表达分析&>’8作物杂志!"##&!"%# $H% @H’
&$’’!李锦辉!李潮海8不同基因型玉米氮素利用的机理研究&>’8核
农学报!"##’!"$""# $$’( @$’H
&$&’!陈志伟!何婷!陆瑞菊!王亦菲!邹磊!杜志钊8大麦氮敏感基因
型苗期对氮饥饿的生理响应&>’8上海农业学报!"#$#!"H "$# $
"& @("
&$A’!-JM39>>! -JM39>B8,X1Y2: -E,2PJ31[2J5 YXJ;9:7X9fJXP013
o715[2[29PJffX9PU 391f[2PP79&>’8VUM[J;U902;13+739[25! $A&’! A
"$# $ $$ @$.
&"#’!]Jf0155 G! F2P;U59XW8+9[1\73L1X2PL37[10259PM5[U9[1P9G?"
" -’%" # 0WE,! ;J0Y39[9;:P* 57;391XL959fJXY31P[2: YXJ:7;[
&-+TSB’8" "##$ @" @$A #8U[Y$TTeee85;<28530852U8LJ\T
57;;JX9T,j#"H(.(
&"$’!IU95 ?! B2I! ]J7 >! Z1D! ]715Lm! j25 I! IU95 j! mU1JB!
j79V! ?75 ?8+9[1\73L1X2PY31P[2: L37[10259PM5[U9[1P9" -’%" #
L959! ;J0Y39[9;:P* 57;391XL959fJXY31P[2: YXJ:7;[&-+TSB’8
""##&*%*"#8U[Y$TTeee85;<28530852U8LJ\T57;;JX9T/a..&$("
&""’!陈胜勇!侯静!李彩凤8蛋白和核酸合成抑制剂对氮素诱导甜菜
谷氨酰胺合成酶基因表达的影响&>’8作物学报!"##A!(. "(# $
%%. @%.$
&"(’!管闪青! 张屹东! 杨冬冬! 黄丹枫8甜瓜谷氨酰胺合成酶基因在
不同氮素条件下的表达分析&>’8上海交通大学学报$农业科学
版!"##’! "."$# $"% @"A
&"%’!mU1Jic! ?U2dZ8/=YX9PP2J5 1513MP2PJf[U9L37[10259PM5[U9[1P9
15: L37[101[9PM5[U1P9L959f102329P25 MJ75LX2;9"H$5:& 1&/.>&#
P99:325LP&>’8V315[?;295;9! "##H! $’#"%# $’%& @’.#
&".’!印莉萍!刘祥林!林忠平8植物谷氨酰胺合成酶基因以及基因表
达8生物工程进展!$AA.!$.""# $(H @%$
A%’$
!"#$%&’"()#*’+&$,-$.*#’/#$&’0*.+%*+1
"#$%!"&"$## $$’%% )$’.#
@(,1315 &1;7)X-)18)T1&(N/3/,0>(&/23;38*(-2&:31)7N129)2&/)
J1;-8);’N E32+,5)1317-5&+S))2"4#1" 5)(6"3%*?6#
I]/E?U95L*MJ5L$!"!BCI12*f95L$!]Sa>25L(!Z,D95L*025L$!BCG715*N15L"
]/,2*X7"!jai21J*32"!d,EGj75"
" $ <"’+-+"(,-$.*#’/#$+! )"$/;+&1/,-$.*#’/#$&’D%.>+$1./5! I&$3.%! I+.’"%-C.&%-!$.##(#*
" J;&%C.&%- ,*&=+65"(,-$.*#’/#$&’0*.+%*+1! J;&%C.&%-! K#&%-="%-!."%#A%*
(?<"’+-+"(,-$.*#’/#$&’&%= 8."/+*;%"’"-5! <;.%& ,-$.*#’/#$&’D%.>+$1./5! 8+.C.%-!$##$A(#
T’/2+&82$FU2PP[7:Me1P[J:2P;7PP[U99f9;[Jf52[XJL95 J5 9=YX9PP2J5 Jf-’%" 25 P7L1X<9;[15: [U9P9o795;;U15L9PJf
-’%" 25 P7L1<9;[8,Y12XJfPY9;213YX209XPe9X9:9P2L59: 1;;JX:25L[J[U90WE,P9o795;9Jf[U9N5Je5 L959PL35"
"G95+15N$ ,j#"H(.(# JfP7L1X<99[8WF*VIW09[UJ: e1P7P9: [JL9[[U9Y31P[2:2;L37[10259PM5[U9[1P9L959;-E,
"G?" ;-E,# 15: G?" L95J02;-E,8,5: [U9P9P9o795;9Pe9X91513Ml9: e2[U <2J25fJX01[2;P8FU9X9P73[PPUJe9: [U1[
G?" L95J02;-E,"G95+15N$ /a..&$("# e1Pf2XP[3M2PJ31[9: fXJ0P7L1X<99[H $%%95;J:25L%($ 1025J1;2: X9P2:79P8FU9P9o795;9P20231X2[M<9[e995 G?" ;-E,15: [U9N5Je5 L35" e1PAAQA"R8G?"
1025J1;2: P9o795;9fXJ0 04.%&*.& "’+$&*+& 15: G?" fXJ0P7L1X<99[U1: ;3JP9XX931[2J5PU2Y [U15 J[U9XU2LU9XY315[8
?9;J5:1XMP[X7;[7X91513MP2P25:2;1[9: [U1[G?" <93J5L9: [J02=9: YXJ[925 ;31PP! U1: G35*PM5[;J5P9X\9: :J0125P
;J5[1259: <9[1*GX1PY :J0125 fXJ0E*[9X0251315: G? ;1[13M[2;:J0125 fXJ0I*[9X025138FU99=YX9PP2J5 Y1[9X5PJf[U9
L95925:7;9: 1;;70731[2J5 JfG?" L959e1P1;[2\1[9: <9P[eU95 [U9X1[2JJfES(
@E15: E]%
K @Ee1P&#b"# 15: .#b.#8+7[[U1[
e1PeJXP[eU95 [U9X1[2JJfES(
@E15: E]%
K @Ee1P#b$##8C[e1P\9XM20YJX[15[[JP[7:M[U9P[X7;[7X915: f75;[2J5
JfG? 15: 2[P9=YX9PP2J5 fJXX9132l25LU2LU3M100J52701PP20231[2J5! U2LU M293: 15: LJJ: o7132[M25 P7L1X<99[8
U)N <,+;/$?7L1X<99["8+/& >#’-&$.1B8#* V31P[2:2;L37[10259PM5[U9[1P9" -’%" #* G959;3J59* ?9o795;91513MP2P*
/=YX9PP2J5 YXJf2325L
#.’$