全 文 ：　 核 农 学 报　 ２０１３，２７（１１）：１６１７ ～ １６２３
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｎｕｃｌｅａｒ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ
收稿日期：２０１２⁃１２⁃１１　 接受日期：２０１３⁃０４⁃２７
基金项目：新疆维吾尔自治区青年科学基因项目（２０１０２１１Ｂ２９），新疆农业科学院青年基金项目（ｘｊｎｋｑ⁃２０１３０２５）
作者简介：王重，男，主要从事小麦遗传育种研究。 Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｗａｎｇｚｈｏｎｇａｃ＠ １２６． ｃｏｍ
通讯作者：张跃强，男，副研究员，主要从事小麦遗传育种研究。 Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｚｈａｎｇｙｑｙｈｍ＠ １６３． ｃｏｍ
文章编号：１０００⁃８５５１（２０１３）１１⁃１６１７⁃０７
玉米 ＺｍＰＥＰＣ基因的克隆及其转化春小麦的研究
王　 重　 张跃强　 樊哲儒　 赵　 奇　 李剑峰　 张宏芝
王子霞　 海热古丽·阿不力孜
（新疆农科院核技术生物技术研究所，新疆 乌鲁木齐　 ８３００９１）
摘　 要：磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（ＰＥＰＣ）是 Ｃ４ 光合途径中的关键酶，为了研究该酶对春小麦光合特性
的改良作用，本研究从玉米（Ｚｅａ ｍａｙｓ）中克隆了 ＺｍＰＥＰＣ 基因，生物信息学分析表明该基因 ＣＤＳ 全长
２９１３ ｂｐ，编码的多肽链包含 ９７０ 个氨基酸，其中 １７５ － ９７０ 位氨基酸组成了磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶的
功能结构域，在 １７３ － １８４、５９７ － ６０９ 位具有两个磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶活性位点。 将该基因通过基
因枪法转化优质强筋小麦新春 ２６ 号，对转基因春小麦的叶绿素含量及磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶活性进
行测定，结果显示转基因春小麦两项指标较非转基因春小麦均有提高，表明 ＺｍＰＥＰＣ 基因对于春小麦
光合特性的改良具有积极的作用，为 Ｃ４ 光合途径关键酶在春小麦高产改良中的应用奠定了良好的基
础。
关键词：玉米；春小麦；ＺｍＰＥＰＣ；基因克隆；转化
　 　 光合作用是作物形成生物学产量的基础，也是作
物产量最重要的决定因素之一，作物干重的 ９０％以上
都由光合作用产生，因此，光合作用效率的高低直接影
响到作物的产量［１］。 高等植物根据光合作用碳同化
的不同方式，可以分为 Ｃ３ 植物、Ｃ４ 植物和 ＣＡＭ 植
物［２］。 与 Ｃ３ 植物相比，Ｃ４ 植物拥有 ＣＯ２ 浓缩机制，而
且光补偿点高，ＣＯ２ 补偿点低，光呼吸弱，所以具有较
高的光合作用效率［３］。 陆生植物中 ９５％以上，包括水
稻和小麦等世界主要粮食作物都属于 Ｃ３ 植物［４］，其
较低的光合作用效率成为限制其单株生物学产量进一
步提高的主要内在因素［５］，因此，利用 Ｃ４ 植物中的高
效光合基因来改善 Ｃ３ 植物的光合作用效率以提高作
物产量具有广阔的应用前景，已成为分子育种领域中
一个重要的研究方向。
磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（ＰＥＰＣ）是 Ｃ４ 光合作用
途径的关键酶，主要分布于 Ｃ４ 植物叶肉细胞的叶绿体
内［６］，对 ＣＯ２ 具有极高的亲和力，且不受 Ｏ２ 的竞争抑
制［７］。 它可以催化磷酸烯醇式丙酮酸 （ ＰＥＰ）固定
ＣＯ２，生成草酰乙酸（ＯＡＡ），ＯＡＡ 再被还原为苹果酸
（Ｍａ１），Ｍａｌ转移到 Ｋｒａｎｚ 结构的鞘细胞被 Ｒｕｂｉｓｃｏ 脱
羧，释放出 ＣＯ２ 重新进入卡尔文循环［８］。 这种 ＣＯ２ 的
浓缩机制使鞘细胞内 ＣＯ２ 水平始终保持在较高浓度，
既可以提高 Ｒｕｂｉｓｃｏ的羧化能力，又能抑制 Ｒｕｂｉｓｃｏ 的
加氧活性，降低了光呼吸，从而使 Ｃ４ 植物具有较高的
光合作用效率。 使用磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶
（ＰＥＰＣ）对优质春小麦品种进行遗传转化，探索 ＰＥＰＣ
对 Ｃ３ 植物春小麦光合特性的改良作用，为使用 Ｃ４ 途
径关键酶对春小麦进行高产改良奠定了良好的基础。
本研究利用同源克隆和 ＲＴ⁃ＰＣＲ 技术克隆了玉米
（ ｚｅａ ｍａｙｓ）ＺｍＰＥＰＣ 基因，在对其序列进行生物信息
学分析的基础上，将该基因插入 ｐＣＡＭＢＩＡ １３０１ 构建
植物表达载体，用基因枪轰击法转化小麦新春 ２６ 号，
并对转基因春小麦的叶绿素含量和磷酸烯醇式丙酮酸
羧化酶活性进行了测定，研究了玉米 ＺｍＰＥＰＣ 基因在
小麦新春 ２６ 号基因组中的整合、转录及其表达产物在
春小麦中的酶活效应，为进一步利用 ＺｍＰＥＰＣ 基因改
良春小麦的光合特性提供理论基础。
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核　 农　 学　 报 ２７ 卷
１　 材料与方法
１􀆰 １　 材料与试剂
１􀆰 １􀆰 １　 试验材料　 玉米（Ｚｅａ ｍａｙｓ Ｌ． ）品种 ＳＣ７０４ 和
小麦（Ｔｒｉｔｉｃｕｍ ａｅｓｔｉｖｕｍ）品种新春 ２６ 号均由本实验室
保存，分别种植于新疆农业科学院核技术生物技术研
究所网室和春小麦实验基地。 玉米品种 ＳＣ７０４ 是新
疆玉米主栽品种之一，光能利用率高，丰产性好［９］；小
麦品种新春 ２６ 号是新疆农业科学院核技术生物技术
研究所自育品种，品质优良，达到国标优质强筋标准，
得到了市场认可，是新疆面粉企业目前唯一自发加价
收购的春小麦品种，而且丰产性高，具有大面积高产潜
力［１０］。 使用玉米 ＳＣ７０４ 中的 Ｃ４ 光合途径关键酶基因
对新春 ２６ 号进行遗传转化，具有典型性和代表性，对
于研究春小麦的光合特性改良具有重要的意义。
１􀆰 １􀆰 ２　 试剂　 Ｔｒｉｚｏｌ、大肠杆菌（Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ ｃｏｌｉ）菌株
ＤＨ５α感受态细胞从 Ｔｉａｎｇｅｎ 公司购买，Ｍ⁃ＭＬＶ ＲＴａｓｅ
ｃＤＮＡ试剂盒、Ｅｘ Ｔａｑ 为 Ｔａｋａｒａ 公司产品，Ｔ４ ＤＮＡ 连
接酶、ＴＡ 克隆载体 ｐＧＥＭ⁃Ｔ Ｅａｓｙ 为 Ｐｒｏｍｅｇａ 公司产
品，琼脂糖凝胶回收试剂盒为 Ｏｍｅｇａ 公司产品，限制
性内切酶 Ｂｇｌ ＩＩ 和 Ａｆｌ ＩＩ 购自 Ｆｅｒｍｅｎｔａｓ 公司，其余试
剂均为进口或国产分析纯。 引物合成自上海生工公
司，测序服务由北京华大公司提供。
１􀆰 ２　 方法
１􀆰 ２􀆰 １　 玉米总 ＲＮＡ提取　 取充足光照下生长的玉米
叶片 １ｇ，迅速置于液氮中研磨，然后使用 Ｔｒｉｚｏｌ法提取
总 ＲＮＡ［１１］。 参照 Ｍ⁃ＭＬＶ ＲＴａｓｅ ｃＤＮＡ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ Ｋｉｔ说
明书方法合成 ｃＤＮＡ。
１􀆰 ２􀆰 ２　 ＺｍＰＥＰＣ基因扩增 　 根据 ＧｅｎＢａｎｋ 公布的玉
米磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（ＰＥＰＣ）基因 ｃＤＮＡ序列，
设 计 一 对 引 物， Ｐ１： ５′⁃ＧＣＡＧＡＴＣＴＧＣＴＣＣＡＡＣ⁃
ＣＡＴＣＴＣＧＣＴＴＣＣＧＴＧ⁃３′， Ｐ２： ５′⁃ＧＧＣＴＴＡＡＧＧＣＣＧＣ⁃
ＣＴＡＧＣＣＡＧＴＧＴＴＣＴＧＣＡＴ⁃３′。
ＰＣＲ 程序为 ９８℃预变性 ２ｍｉｎ，９４℃变性 ３０ ｓ，
６２℃退火 １ｍｉｎ，７２℃延伸 ３ｍｉｎ，３０ 个循环；最后 ７２℃
延伸 ７ｍｉｎ。
１􀆰 ２􀆰 ３　 ＺｍＰＥＰＣ基因克隆测序　 ＰＣＲ产物使用 １􀆰 ０％
琼脂糖凝胶电泳进行检测，回收目的条带，与 ｐＧＥＭ⁃Ｔ
载体进行连接后转化大肠杆菌（Ｅ． ｃｏｌｉ）ＤＨ５α 感受态
细胞进行蓝白斑筛选，经菌液 ＰＣＲ 与酶切鉴定正确
后，进行测序。
１􀆰 ２􀆰 ４　 ＺｍＰＥＰＣ植物表达载体的构建及小麦转化 　
使用 Ｂｇｌ ＩＩ和 Ａｆｌ ＩＩ双酶切测序正确的阳性质粒和表
达载体 ｐＣＡＭＢＩＡ１３０１，经 １％琼脂糖凝胶电泳，回收纯
化目的基因片段和载体片段。 用 Ｔ４ ＤＮＡ连接酶连接
２ 个片段， 将 ＺｍＰＥＰＣ 基因插入植物表达载体
ｐＣＡＭＢＩＡ１３０１ 的 ＣａＭＶ ３５Ｓ 启动子下游，替换载体原
有的 ＧＵＳ基因，构成 ｐＣＡＭＢＩＡ１３０１ － ＺｍＰＥＰＣ 重组质
粒（图 １），转化大肠杆菌（Ｅ． ｃｏｌｉ）ＤＨ５α 感受态细胞，
涂布于含卡那霉素的 ＬＢ固体培养基上培养、筛选，挑
取单菌落于含 ５０ ｍｇ·Ｌ － １卡那霉素的 ＬＢ 液体培养基
中培养，提取质粒进行 ＰＣＲ和双酶切鉴定。 参照李艳
等［６］、周淼平等［１２］、李钊等［１３］的方法利用基因枪轰击
法转化小麦新春 ２６ 号。 取开花后 １２ ～ １４ｄ 的小麦穗
中部未成熟种子，使用 ７０％的乙醇表面消毒 １ｍｉｎ，无
菌水洗涤 ３ 次，然后再加入 ０􀆰 １％ 的 ＨｇＣｌ２ 消毒
１０ｍｉｎ，无菌水洗涤 ５ 次。 消毒完成后在超净台中剥出
幼胚（约 １ｍｍ），置于含有 ２ｍｇ·Ｌ － １ ２，４ － Ｄ的ＭＳ诱导
培养基上暗培养 ５ ｄ，然后转入高渗培养基上处理 ４ ～
６ｈ后进行基因枪轰击，轰击以后继续高渗处理 ｌ６ｈ，转
至愈伤诱导培养基中。 培养 １５ ｄ 后转至潮霉素抗性
筛选再生培养基，筛选培养 １ 个月，每 ２ 周继代一次，
经过筛选将获得的抗性苗转移至生根培养基，待生根、
壮苗后移栽。
图 １　 ｐＣＡＭＢＩＡ１３０１ － ＺｍＰＥＰＣ重组质粒
Ｆｉｇ． １　 Ｒｅｃｏｍｂｉｎａｎｔ ｐｌａｓｍｉｄ ｏｆ ｐＣＡＭＢＩＡ１３０１ － ＺｍＰＥＰＣ
１􀆰 ２􀆰 ５　 转基因植株的 ＰＣＲ检测　 提取再生植株叶片
的 ＤＮＡ 和 ＲＮＡ，将 ＲＮＡ 反转录为 ｃＤＮＡ，再分别以
ＤＮＡ和 ｃＤＮＡ为模板进行 ＰＣＲ检测，体系参照 １􀆰 ２􀆰 ２。
１􀆰 ２􀆰 ６　 转基因春小麦叶绿素含量和磷酸烯醇式丙酮
酸羧化酶活性的测定 　 ＰＣＲ 检测结果呈阳性的春小
麦植株移栽至田间，待其生长良好后，使用 ＳＰＡＤ －
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　 １１ 期 玉米 ＺｍＰＥＰＣ基因的克隆及其转化春小麦的研究
５０２ ｐｌｕｓ叶绿素仪对其叶片的叶绿素含量进行测定，
同时参照 Ｋｕ等［４］的方法测定转基因春小麦的磷酸烯
醇式丙酮酸羧化酶活性。 光照条件下，剪取转基因植
株和非转基因植株的叶片 ０􀆰 １ ｇ 左右，迅速加入预冷
的 １􀆰 ５ｍｌ蛋白质粗提缓冲液中（５０ｍｍｏｌ·Ｌ － １ Ｔｒｉｓ⁃ＨＣｌ，
ｐＨ ７􀆰 ０，１０ｍｍｏｌ·Ｌ － １ ＭｇＣｌ２，１ｍｍｏｌ·Ｌ － １ ＥＤＴＡ，５ｍｍｏｌ·
Ｌ － １ ＤＴＴ，５％聚乙烯吡咯烷酮，１０％甘油），于冰上研
磨为匀浆， 匀浆液转移至 １􀆰 ５ｍｌ 离心管中， ４℃
１２０００ｒｐｍ离心 １５ｍｉｎ，取上清转移至新离心管中，即为
酶粗提物。 使用分光光度计法在室温条件下检测
ＰＥＰＣａｓｅ活性，其检测缓冲液为 ５０ｍｍｏｌ·Ｌ － １ Ｔｒｉｃｉｎｅ⁃
ＫＯＨ，ｐＨ 值 ８􀆰 ０， ０􀆰 １ｍｍｏｌ·Ｌ － １ ＥＤＴＡ， １ｍｍｏｌ·Ｌ － １
ＤＴＴ，１０ｍｍｏｌ·Ｌ － １ ＭｇＣｌ２， １０ｍｍｏｌ·Ｌ － １ ＮａＨＣＯ３， ３Ｕ
ＮＡＤ －苹果酸脱氢酶，０􀆰 ２ｍｍｏｌ·Ｌ － １ ＮＡＤＨ，１ｍＬ 反应
体系中加入 １０μＬ蛋白质提取物，加入 ２ｍｍｏｌ·Ｌ － １ ＰＥＰ
起始反应并开始计时，根据反应开始时和反应 １０ｍｉｎ
后 ＯＤ３４０值的变化来计算 ＰＥＰＣａｓｅ活性。
２　 结果与分析
２􀆰 １　 玉米 ＺｍＰＥＰＣ基因的克隆
以玉米 ＲＮＡ 为模板进行 ＲＴ⁃ＰＣＲ，扩增产物使用
１􀆰 ０％琼脂糖凝胶进行电泳检测，发现在 ３ ｋｂ 左右处
有特异性条带（图 ２），与已知 ＺｍＰＥＰＣ 基因的 ｃＤＮＡ
全长接近，回收目的片段并构建克隆载体进行测序。
注：Ｍ：Ｍａｒｋｅｒ ＤＬ２０００；１：阴性对照；２，３：ＰＣＲ产物。
Ｎｏｔｅ： Ｍ： Ｍａｒｋｅｒ ＤＬ２０００； １： ｎｅｇａｔｉｖｅ ｃｏｎｔｒｏｌ； ２，３： ＰＣＲ ｐｒｏｄｕｃｔ．
图 ２　 玉米 ＺｍＰＥＰＣ基因 ＲＴ⁃ＰＣＲ产物
Ｆｉｇ． ２　 ＲＴ⁃ＰＣＲ ｐｒｏｄｕｃｔ ｏｆ ＺｍＰＥＰＣ ｇｅｎｅ
２􀆰 ２　 玉米 ＺｍＰＥＰＣ基因的序列分析
测序结果使用 Ｃｏｎｔｉｇ Ｅｘｐｒｅｓｓ软件进行拼接，然后
利用 ＮＣＢＩ ＯＲＦ Ｆｉｎｄｅｒ 查找其开放阅读框并在 ＮＣＢＩ
进行 ＢＬＡＳＴ，再通过 ＰｒｏｔＰａｒａｍ 软件［１４］分析该氨基酸
序列的理化性质。 结果表明玉米 ＺｍＰＥＰＣ 基因开放
阅读框的长度为 ２９１３ ｂｐ；ＧＣ 含量为 ６２􀆰 １％ ；ＢＬＡＳＴ
结果 显 示 其 核 酸 序 列 与 玉 米 ＺｍＰＥＰＣ 基 因
（ＦＪ４１５３２７􀆰 １）同源性达到 ９９％ ；氨基酸序列与玉米
ＰＥＰＣ（ＮＰ＿００１１０５４１８􀆰 １）同源性也为 ９９％ ；其编码的
多肽大小为 １０９􀆰 ３１ ｋＤ，为亲水性蛋白。 利用 ＰＳＯＲＴ
预测其亚细胞定位，结果显示其可能定位于细胞质。
使用 ＳＭＡＲＴ 序列分析软件［１５ － １６］分析玉米 ＺｍＰＥＰＣ
氨基酸序列的功能结构域，其 １７５ － ９７０ 位氨基酸组成
了磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶的功能结构域。 使用
ＳｃａｎＰｒｏｓｉｔｅ对玉米 ＺｍＰＥＰＣ氨基酸序列进行预测和分
析，结果显示其在 １７３ － １８４、５９７ － ６０９ 位氨基酸处具
有两个磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶活性位点［１４］。
２􀆰 ３　 玉米 ＺｍＰＥＰＣ基因植物表达载体的构建
Ｂｇｌ ＩＩ和 Ａｆｌ ＩＩ双酶切的目的片段分别回收、纯化
后，在 Ｔ４ 连接酶的作用下进行连接、转化，挑取单菌落
提取质粒，并以质粒为模板进行 ＰＣＲ，结果在 ３ ｋｂ 左
右有目的条带出现（图 ３），再对质粒进行 Ｂｇｌ ＩＩ 和 Ａｆｌ
ＩＩ双酶切，电泳结果显示其在 ３ ｋｂ 左右大小的片段
（图 ４），表明植物表达载体构建成功。
注：Ｍ：Ｍａｒｋｅｒ ＤＬ２０００；１：阴性对照；２ － ５：ＰＣＲ产物。
Ｎｏｔｅ： Ｍ： Ｍａｒｋｅｒ ＤＬ２０００； １： ｎｅｇａｔｉｖｅ ｃｏｎｔｒｏｌ； ２ － ５： ＰＣＲ ｐｒｏｄｕｃｔ．
图 ３　 ｐＣＡＭＢＩＡ１３０１ － ＺｍＰＥＰＣ ＰＣＲ产物检测
Ｆｉｇ． ３　 Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｐＣＡＭＢＩＡ１３０１ － ＺｍＰＥＰＣ
ＰＣＲ ｐｒｏｄｕｃｔｓ
２􀆰 ４　 玉米 ＺｍＰＥＰＣ基因转化春小麦和转基因植株的
鉴定
小麦新春 ２６ 号的新鲜种子剥胚后预培养 ５ ｄ，然
后使用基因枪轰击共计 １２７９ 个幼胚，暗培养 ２０ ｈ 后
转入诱导培养基生长，待其分化后转入生根培养基继
续培养（图 ５），共有 ７ 个再生植株生根良好，取其叶片
进行 ＰＣＲ鉴定，结果显示其中 ６ 个再生植株以 ＤＮＡ
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核　 农　 学　 报 ２７ 卷
注：Ｍ：Ｍａｒｋｅｒ ＤＬ２０００；１，２：酶切产物；３：质粒对照。
Ｎｏｔｅ： Ｍ： Ｍａｒｋｅｒ ＤＬ２０００； １，２： ｐｒｏｄｕｃｔ ｏｆ ｄｉｇｅｓｔｉｏｎ；
３： ｐｌａｓｍｉｄ ｃｏｎｔｒｏｌ．
图 ４　 ｐＣＡＭＢＩＡ１３０１ － ＺｍＰＥＰＣ酶切产物检测
Ｆｉｇ． ４　 Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｐＣＡＭＢＩＡ１３０１ － ＺｍＰＥＰＣ
ｄｉｇｅｓｔｅｄ ｐｒｏｄｕｃｔｓ
和 ＲＮＡ 为模板均有 ３ ｋｂ 左右的目的条带出现
（图 ６、７），表明玉米 ＺｍＰＥＰＣ 基因已经整合到春小麦
基因组中并在转录水平表达，转化率约为 ０􀆰 ４７％ 。
注：Ａ：小麦愈伤组织；Ｂ：小麦再生苗；Ｃ：小麦再生苗生根。
Ｎｏｔｅ： Ａ： ｃａｌｌｕｓ ｏｆ ｗｈｅａｔ； Ｂ： ｒｅｇｅｎｅｒａｔｅ ｐｌａｎｔｓ ｏｆ ｗｈｅａｔ； Ｃ： ｒｏｏｔ ｏｆ ｒｅｇｅｎｅｒａｔｅ ｗｈｅａｔ．
图 ５　 转 ＺｍＰＥＰＣ基因小麦再生过程
Ｆｉｇ． ５　 Ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｒａｎｓｆｅｒｒｅｄ ＺｍＰＥＰＣ ｇｅｎｅ ｗｈｅａｔ
表 １　 转基因和非转基因春小麦的叶绿素含量和磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶活性测定结果
Ｔａｂｌｅ １　 Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ｃｈｌｏｒｏｐｈｙｌｌ ｃｏｎｔｅｎｔｓ ａｎｄ ＰＥＰＣａｓｅ ａｃｔｉｖｉｔｙ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｒａｎｓｇｅｎｉｃ ａｎｄ ｎｏｎ⁃ｔｒａｎｓｇｅｎｉｃ ｓｐｒｉｎｇ ｗｈｅａｔ ｐｌａｎｔｓ
材料
Ｍａｔｅｒｉａｌｓ
叶绿素含量
Ｃｈｌｏｒｏｐｈｙｌｌ ｃｏｎｔｅｎｔ
增长百分比
Ｐｅｒｃｅｎｔａｇｅ ｏｆ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ／ ％
ＰＥＰＣａｓｅ活性 ／ １０ｍｉｎＯＤ３４０差值
ＰＥＰＣａｓｅ ａｃｔｉｖｉｔｙ ／ １０ｍｉｎＯＤ３４０ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ
增长百分比
Ｐｅｒｃｅｎｔａｇｅ ｏｆ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ／ ％
转基因春小麦
Ｔｒａｎｓｇｅｎｉｃ ｓｐｒｉｎｇ ｗｈｅａｔ ４８􀆰 ６ ７􀆰 ２８ ０􀆰 ０３９ １４􀆰 ７１
非转基因春小麦
Ｎｏｎ⁃ｔｒａｎｓｇｅｎｉｃ ｓｐｒｉｎｇ ｗｈｅａｔ ４５􀆰 ３ ０􀆰 ０３４
２􀆰 ５　 转基因春小麦叶绿素含量和磷酸烯醇式丙酮酸
羧化酶活性
注： Ｍ：Ｍａｒｋｅｒ ＤＬ２０００；１：阴性对照；２：非转
基因植株 ＰＣＲ产物；３：转基因植株 ＰＣＲ产物。
Ｎｏｔｅ： Ｍ： Ｍａｒｋｅｒ ＤＬ２０００； １： ｎｅｇａｔｉｖｅ ｃｏｎｔｒｏｌ； ２： ＰＣＲ ｐｒｏｄｕｃｔ
ｏｆ ｎｏｎ⁃ｔｒａｎｓｆｅｒｒｅｄ ｐｌａｎｔ； ３： ＰＣＲ ｐｒｏｄｕｃｔ ｏｆ ｔｒａｎｓｆｅｒｒｅｄ ｐｌａｎｔ．
图 ６　 转 ＺｍＰＥＰＣ基因再生小麦植株 ＰＣＲ检测
Ｆｉｇ． ６　 ＰＣＲ ｐａｔｔｅｒｎ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅｇｅｎｅｒａｔｅｄ ｗｈｅａｔ
ｔｒａｎｓｆｅｒｒｅｄ ＺｍＰＥＰＣ ｇｅｎｅ
转基因春小麦较非转基因春小麦的叶绿素含量和
磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶活性，分别增长了 ７􀆰 ２８％和
１４􀆰 ７１％ （表 １）。 叶绿素含量和磷酸烯醇式丙酮酸羧
化酶活性是植物光合特性两个很重要的因素。 小麦功
０２６１
　 １１ 期 玉米 ＺｍＰＥＰＣ基因的克隆及其转化春小麦的研究
注：Ｍ：Ｍａｒｋｅｒ １ｋｂ ｌａｄｄｅｒ；１：阴性对照；
２：转基因植株 ＲＴ⁃ＰＣＲ产物。
Ｎｏｔｅ： Ｍ： Ｍａｒｋｅｒ １ｋｂ ｌａｄｄｅｒ； １： ｎｅｇａｔｉｖｅ ｃｏｎｔｒｏｌ；
２： ＲＴ⁃ＰＣＲ ｐｒｏｄｕｃｔ ｏｆ ｔｒａｎｓｆｅｒｒｅｄ ｐｌａｎｔ．
图 ７　 转 ＺｍＰＥＰＣ基因再生小麦
植株 ＲＴ⁃ＰＣＲ检测
Ｆｉｇ． ７　 ＲＴ⁃ＰＣＲ ｐａｔｔｅｒｎ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅｇｅｎｅｒａｔｅｄ ｗｈｅａｔ
ｔｒａｎｓｆｅｒｒｅｄ ＺｍＰＥＰＣ ｇｅｎｅ
能叶片的叶绿素含量在生长发育过程中能够直接影响
光合作用速率和光合产物形成［１７］，是小麦产量潜势的
决定因素［１８ － ２０］，磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶是是植物光
合作用中一种十分重要的酶，大幅提高 ＰＥＰＣ 的表达
有可能使植物的干物质总量、蛋白质含量和抗胁迫能
力同时得到提高，进而达到高产优质的目的［２１］。
３　 讨论
本研究成功地克隆了玉米 ＺｍＰＥＰＣ 基因并将其
转化到小麦新春 ２６，通过对转基因春小麦植株的检测
发现其磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶活性较非转基因春小
麦植株提高了 １４􀆰 ７１％ ，这与张庆琛等［２２］、陈绪清
等［５］的研究结果是一致的，表明将玉米 ＺｍＰＥＰＣ 基因
转入 Ｃ３ 植物春小麦中有改良春小麦光合特性的作用。
本研究结果还表明转玉米 ＺｍＰＥＰＣ 基因春小麦植株
的叶绿素含量较非转基因小麦增加了 ７􀆰 ２８％ ，这种增
长是否由于玉米 ＺｍＰＥＰＣ 基因的转化造成及其相关
机理我们尚不明确，还需要进行更深入的研究。
目前，克隆 Ｃ４ 植物光合途径中的关键酶，并将其
转入 Ｃ３ 植物中以提高 Ｃ３ 植物的光合效率，已经成为
分子育种领域的一个研究热点。 但是，以小麦为受体
进行 Ｃ４ 途径关键酶的转化大多集中于冬小麦，李艳
等［６］、张庆琛等［２２］、陈绪清等［５，２３］的研究都是以冬小
麦为转基因受体，对于春小麦的 Ｃ４ 光合途径关键酶基
因遗传转化，尚少见报道。 本研究以新疆优质春小麦
主栽品种新春 ２６ 号作为受体，克隆了 ＺｍＰＥＰＣ 基因
并进行了遗传转化，为优质春小麦高产改良提供了新
的途径。
磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（ＰＥＰＣ）是 Ｃ４ 光合作用
途径中最重要的酶［２４］。 对其研究表明，高粱的 ＰＥＰＣ
基因转入小麦可以高效表达［２３］，高粱、玉米的 ＰＥＰＣ
基因转入水稻后能够显著提高水稻的光合效率［２５ － ２６］，
但是甘蔗和玉米的 ＰＥＰＣ基因转入双子叶模式植物烟
草中不能高效表达［２７］，这些结果说明 Ｃ４ 基因在 Ｃ３ 植
物中的表达可能受到种系发生距离的影响。 人们在对
Ｈｙｄｒｉｌｌａ ｖｅｒｔｉｃｉｌｌａｔａ［２８ － ２９］ 和 Ｂｉｅｎｅｒｔｉａ ｃｙｃｌｏｐｔｅｒａ
（Ｃｈｅｎｏｐｏｄｉａｃｅａｅ） ［３０］中的研究证实 Ｃ４ 循环和 Ｃ３ 循环
可以在单细胞内完成，表明植物的光合代谢存在多种
类型。 同时也有一些研究发现，盐害［３１］、干旱［３２ － ３４］、
低温［３５ － ３６］以及营养胁迫［３７］ 等逆境条件可能引起
ＰＥＰＣ在不同作物或不同器官的表达模式发生改变，
因此推断 ＰＥＰＣ 除了在光合作用中直接发挥功能外，
还可能在抗逆生理过程中具有相关的作用。 ＰＥＰＣ 的
功能多效性对于提高作物光合及抗逆性具有相当重要
的意义，其作用机理有待于进一步的研究。
参考文献：
［ １ ］ 　 侯爱菊， 徐德昌． 植物高光效基因育种［ Ｊ］ ． 中国生物工程杂
志， ２００５， ２５（９）： １９ － ２３
［ ２ ］　 潘瑞炽， 董愚得编． 植物生理学［Ｍ］． 北京： 高等教育出版社，
１９９８
［ ３ ］ 　 Ｒｉｃｈａｒｄ Ｒ Ａ． Ｓｅｌｅｃｔａｂｌｅ ｔｒａｉｔｓ ｔｏ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｃｒｏｐ ｐｈｏｔｏｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ａｎｄ
ｙｉｅｌｄ ｏｆ ｇｒａｉｎ ｃｒｏｐｓ［Ｊ］ ． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ Ｂｏｔａｎｙ， ２０００， ５１
（１）： ４４７ － ４５８
［ ４ ］　 Ｋｕ Ｍ Ｓ Ｂ， Ａｇａｒｉｅ Ｓ， Ｎｏｍｕｒａ Ｍ， Ｆｕｋａｙａｍａ Ｈ， Ｔｓｕｃｈｉｄａ Ｈ， Ｏｎｏ
Ｋ， Ｈｉｒｏｓｅ Ｓ， Ｔｏｋｉ Ｓ， Ｍｉｙａｏ Ｍ， Ｍａｔｓｕｏｋａ Ｍ． Ｈｉｇｈ⁃ｌｅｖｅｌ ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ
ｏｆ ｍａｉｚｅ ｐｈｏｓｐｈｏｅｎｏｌｐｙｒｕｖａｔｅ ｃａｒｂｏｘｙｌａｓｅ ｉｎ ｔｒａｎｓｇｅｎｉｃ ｒｉｃｅ ｐｌａｎｔｓ
［Ｊ］ ． Ｎａｔｕｒｅ Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， １９９９， １７（１）： ７６ － ８０
［ ５ ］　 陈绪清， 张晓东， 梁荣奇， 张立全， 杨凤萍， 曹鸣庆． 玉米 Ｃ４
型 ｐｅｐｃ基因的分子克隆及其在小麦的转基因研究［ Ｊ］ ． 科学通
报， ２００４， ４９（１９）： １９７６ － １９８２
［ ６ ］　 李艳， 许为钢， 胡琳， 张磊， 齐学礼， 张庆琛， 王根松． 玉米磷
酸烯醇式丙酮酸羧化酶基因高效表达载体构建及其导入小麦的
研究［Ｊ］ ． 麦类作物学报， ２００９， ２９（５）： ７４１ － ７４６
［ ７ ］　 罗道喜， 张树珍， 杨本鹏． Ｃ４ 光合关键酶基因转化 Ｃ３ 植物
［Ｊ］ ． 植物生理学通讯， ２００８， ４４（２）： １８７ － １９３
［ ８ ］　 Ｌｅｅｇｏｏｄ Ｒ Ｃ． Ｃ４ ｐｈｏｔｏｓｙｎｔｈｅｓｉｓ： ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ＣＯ２ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ａｎｄ
ｐｒｏｓｐｅｃｔｓ ｆｏｒ ｉｔｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｉｎｔｏ Ｃ３ ｐｌｎａｔ ［ Ｊ ］ ． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ
Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ Ｂｏｔａｎｙ， ２００２， ５３（３６９）： ５８１ － ５９０
［ ９ ］　 袁继勇， 龚江． 新疆玉米主栽品种 ＳＣ７０４ 生育特点与高产栽培
技术［Ｊ］ ． 甘肃农业， ２００５， （１）： ９０
１２６１
核　 农　 学　 报 ２７ 卷
［１０］　 樊哲儒， 张跃强， 李剑峰， 吴振录， 王岩军， 王重． 优质强筋小
麦新春 ２６ 号的特征特性及高产栽培技术［ Ｊ］ ． 农业科技通讯，
２０１１， （４）： １５０ － １５１
［１１］　 李晓荣， 王冬梅， 李建平， 李静， 张帅， 陈国华， 黄乐平． 小麦
Ｗｃｏｒ７１９ 基因的原核表达及转化烟草和棉花提高抗冷性研究
［Ｊ］ ． 核农学报， ２０１２， ２６（３）： ４２０ － ４２６
［１２］　 周淼平， 周小青， 张增艳， 董娜， 马鸿翔， 姚金保． ＴａＰＩＭＰ１ 过
量表达提高转基因小麦纹枯病抗性的研究 ［ Ｊ］ ． 核农学报，
２０１１， ２５（３）： ４２１ － ４２６
［１３］　 李钊， 王金凤， 庄洪涛， 蒋雯， 叶兴国， 李斯深， 张增艳． 植物
防卫基因 ＰｖＰＧＩＰ２ 和 ＴａＬＴＰ４ 的克隆及其对小麦的转化［ Ｊ］ ． 核
农学报， ２０１１， ２５（５）： ８７１ － ８７８
［１４］　 Ｇａｓｔｅｉｇｅｒ Ｅ， Ｇａｔｔｉｋｅｒ Ａ， Ｈｏｏｇｌａｎｄ Ｃ， Ｉｖａｎｙｉ Ｉ， Ａｐｐｅｌ Ｒ Ｄ，
Ｂａｉｒｏｃｈ Ａ． ＥｘＰＡＳｙ： ｔｈｅ ｐｒｏｔｅｏｍｉｃｓ ｓｅｒｖｅｒ ｆｏｒ ｉｎ⁃ｄｅｐｔｈ ｐｒｏｔｅｉｎ
ｋｎｏｗｌｅｄｇｅ ａｎｄ ａｎａｌｙｓｉｓ ［ Ｊ］ ． Ｎｕｃｌｅｉｃ Ａｃｉｄｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ， ２００３， ３１：
３７８４ － ３７８８
［１５］　 Ｓｃｈｕｌｔｚ Ｊ， Ｍｉｌｐｅｔｚ Ｆ， Ｂｏｒｋ Ｐ， Ｃｈｒｉｓ Ｐ Ｐｏｎｔｉｎｇ． ＳＭＡＲＴ， ａ ｓｉｍｐｌｅ
ｍｏｄｕｌａｒ ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｔｏｏｌ： ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｉｇｎａｌｉｎｇ
ｄｏｍａｉｎｓ［ Ｊ］ ． Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，
１９９８， ９５（１１）： ５８５７ － ５８６４
［１６］　 Ｌｅｔｕｎｉｃ Ｉ， Ｄｏｅｒｋｓ Ｔ， Ｂｏｒｋ Ｐ． ＳＭＡＲＴ ７： ｒｅｃｅｎｔ ｕｐｄａｔｅｓ ｔｏ ｔｈｅ
ｐｒｏｔｅｉｎ ｄｏｍａｉｎ ａｎｎｏｔａｔｉｏｎ ｒｅｓｏｕｒｃｅ ［ Ｊ］ ． Ｎｕｃｌｅｉｃ Ａｃｉｄｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ，
２０１２， ４０： Ｄ３０２ － Ｄ３０５
［１７］　 曹卫东， 贾继增， 金继运． 不同供氮水平下小麦苗期叶绿素含
量的 ＱＴＬ 及互作研究［ Ｊ］ ． 植物营养与肥料学报， ２００４， １０
（５）： ４７３ － ４７８
［１８］　 Ｂｏｒｒｅｌｌ Ａ Ｋ， Ｈａｍｍｅｒ Ｇ Ｌ． Ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｄｙｎａｍｉｃｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｉｃａｌ
ｂａｓｉｓ ｏｆ ｓｔａｙ⁃ｇｒｅｅｎ ｉｎ ｓｏｒｇｈｕｍ［ Ｊ］ ． Ｃｒｏｐ Ｓｃｉｅｎｃｅ， ２０００， ４０ （５）：
１２９５ – １３０７
［１９］　 Ｖｅｒｍａ Ｖ， Ｆｏｕｌｋｅｓ Ｍ Ｊ， Ｗｏｒｌａｎｄ Ａ Ｊ， Ｓｙｌｖｅｓｔｅｒ⁃Ｂｒａｄｌｅｙ Ｒ， Ｃａｌｉｇａｒｉ
Ｐ Ｄ Ｓ， Ｓｎａｐｅ Ｊ Ｗ． Ｍａｐｐｉｎｇ ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ ｔｒａｉｔ ｌｏｃｉ ｆｏｒ ｆｌａｇ ｌｅａｆ
ｓｅｎｅｓｃｅｎｃｅ ａｓ ａ ｙｉｅｌｄ ｄｅｔｅｒｍｉｎａｎｔ ｉｎ ｗｉｎｔｅｒ ｗｈｅａｔ ｕｎｄｅｒ ｏｐｔｉｍａｌ ａｎｄ
ｄｒｏｕｇｈｔ⁃ｓｔｒｅｓｓｅｄ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓ［Ｊ］ ． Ｅｕｐｈｙｔｉｃａ， ２００４， １３５（３）： ２５５
– ２６３
［２０］　 Ｈａｆｓｉ Ｍ， Ｍｅｃｈｍｅｃｈｅ Ｗ， Ｂｏｕａｍａｍａ Ｌ， Ｄｊｅｋｏｕｎｅ Ａ， Ｚａｈａｒｉｅｖａ Ｍ，
Ｍｏｎｎｅｖｅｕｘ Ｐ． Ｆｌａｇ ｌｅａｆ ｓｅｎｅｓｃｅｎｃｅ， ａｓ ｅｖａｌｕａｔｅｄ ｂｙ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ
ｉｍａｇｅ ａｎａｌｙｓｉｓ， ａｎｄ ｉｔｓ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｗｉｔｈ ｙｉｅｌｄ ｕｎｄｅｒ ｄｒｏｕｇｈｔｉｎ ｄｕｒｕｍ
ｗｈｅａｔ［Ｊ］ ． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｇｒｏｎｏｍｙ ａｎｄ Ｃｒｏｐ Ｓｃｉｅｎｃｅ， ２０００， １８５（４）：
２７５ – ２８０
［２１］　 魏绍巍， 黎茵． 植物磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶的功能及其在基
因工程中的应用［ Ｊ］ ． 生物工程学报， ２０１１􀆰 ２７ （１２）： １７０２ －
１７１０
［２２］　 张庆琛， 许为钢， 胡琳， 李艳， 张磊， 齐学礼． 玉米 Ｃ４ 型全长
ｐｅｐｃ基因导入普通小麦的研究［ Ｊ］ ． 麦类作物学报， ２０１０， ３０
（２）： １９４ － １９７
［２３］　 Ｃｈｅｎ Ｘ Ｑ， Ｚｈａｎｇ Ｘ Ｄ， Ｌｉａｎｇ Ｒ Ｑ， Ｚｈａｎｇ Ｌ Ｑ， Ｙａｎｇ Ｆ Ｐ， Ｃａｏ Ｍ
Ｑ． Ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｔａｃｔ Ｃ４ ｔｙｐｅ ＰＥＰＣ ｇｅｎｅ ｃｌｏｎｅｄ ｆｒｏｍ ｍａｉｚｅ ｉｎ
ｔｒａｎｓｇｅｎｉｃ ｗｉｎｔｅｒ ｗｈｅａｔ ［ Ｊ］ ． Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｂｕｌｌｅｔｉｎ． ２００４， ４９
（２０）： ２１３７ － ２１４３
［２４］　 赵艳， 陈丽梅， 李昆志． Ｃ４ 光合作用关键酶 ＰＥＰＣ 的反应机制
［Ｊ］ ． 安徽农业科学． ２００６， ３４（２３）： ６１１３ － ６１１４， ６１１８
［２５］　 向珣朝， 何立斌， 孙建明， 李季航， 姚嫣萍， 李平． 玉米 ＰＥＰＣ
基因在籼型水稻保持系不同遗传背景下的效应及转 ＰＥＰＣ 基因
后代的耐光氧化特性［Ｊ］ ． 中国水稻科学． ２００９， ２３（３）： ２５７ －
２６２
［２６］　 Ｋｕ Ｍ Ｓ Ｂ， Ａｇａｒｉｅ Ｓ， Ｎｏｍｕｒａ Ｍ， Ｆｕｋａｙａｍａ Ｈ， Ｔｓｕｃｈｉｄａ Ｈ， Ｏｎｏ
Ｋ， Ｈｉｒｏｓｅ Ｓ， Ｔｏｋｉ Ｓ， Ｍｉｙａｏ Ｍ， Ｍａｔｓｕｏｋａ Ｍ． Ｈｉｇｈ ｌｅｖｅｌ ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ
ｏｆ ｍａｉｚｅ ｐｈｏｓｐｈｏｅｎｏｌｐｙｒｕｖａｔｅ ｃａｒｂｏｘｙｌａｓｅ ｉｎ ｔｒａｎｓｇｅｎｉｃ ｒｉｃｅ ｐｌａｎｔｓ
［Ｊ］ ． Ｎａｔｕｒｅ Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ． １９９９， １７（１）： ７６ － ８０
［２７］　 Ｈｕｄｓｐｅｔｈ Ｒ Ｌ， Ｇｒｕｌａ Ｊ Ｗ， Ｄａｉ Ｚ， Ｅｄｗａｒｄｓ Ｇ Ｅ， Ｋｕ Ｍ Ｓ Ｂ．
Ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ ｏｎ ｍａｉｚｅ ｐｈｏｓｐｈｏｅｎｏｌｐｙｒｕｖａｔｅ ｃａｒｂｏｘｙｌａｓｅ ｉｎ ｔｒａｎｓｇｅｎｉｃ
ｔｏｂａｃｃｏ： ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｎ ｂｉｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ａｎｄ ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｙ ［ Ｊ ］ ． Ｐｌａｎｔ
Ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｙ． １９９２， ９８（２）： ４５８ － ４６４
［２８］　 Ｒａｏ Ｓ Ｋ， Ｍａｇｎｉｎ Ｎ Ｃ， Ｒｅｉｓｋｉｎｄ Ｊ Ｂ， Ｂｏｗｅｓ Ｇ． Ｐｈｏｔｏｓｙｎｔｈｅｔｉｃ ａｎｄ
ｏｔｈｅｒ ｐｈｏｓｐｈｏｅｎｏｌｐｙｒｕｖａｔｅ ｃａｒｂｏｘｙｌａｓｅ ｉｓｏｆｏｒｍｓ ｉｎ ｔｈｅ ｓｉｎｇｌｅ⁃ｃｅｌｌ，
ｆａｃｕｌｔａｔｉｖｅ Ｃ４ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ Ｈｙｄｒｉｌｌａ ｖｅｒｔｉｃｉｌｌａｔａ［ Ｊ］ ． Ｐｌａｎｔ Ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｙ．
２００２， １３０（２）： ８７６ － ８８６
［２９］　 Ｍａｇｎｉｎ Ｎ Ｃ， Ｃｏｏｌｅｙ Ｂ Ａ， Ｒｅｉｓｋｉｎｄ Ｊ Ｂ， Ｂｏｗｅｓ Ｇ． Ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ
ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｋｅｙ ｅｎｚｙｍｅｓ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｋｒａｎｚ⁃ｌｅｓｓ， Ｃ４ －
ｔｙｐｅ ｐｈｏｔｏｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｉｎ Ｈｙｄｒｉｌｌａ ｖｅｒｔｉｃｉｌｌａｔａ ［ Ｊ］ ． Ｐｌａｎｔ Ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｙ．
１９９７， １１５（４）： １６８１ － １６８９
［３０］ 　 Ｖｏｚｎｅｓｅｎｓｋａｙａ Ｅ Ｖ， Ｆｒａｎｃｅｓｃｈｉ Ｖ Ｒ， Ｋｉｉｒａｔｓ Ｏ， Ａｒｔｙｕｓｈｅｖａ Ｅ Ｇ，
Ｆｒｅｉｔａｇ Ｈ， Ｅｄｗａｒｄｓ Ｇ Ｅ． Ｐｒｏｏｆ ｏｆ Ｃ４ ｐｈｏｔｏｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｗｉｔｈｏｕｔ Ｋｒａｎｚ
ａｎａｔｏｍｙ ｉｎ Ｂｉｅｎｅｒｔｉａ ｃｙｃｌｏｐｔｅｒａ （ Ｃｈｅｎｏｐｏｄｉａｃｅａｅ ） ［ Ｊ ］ ． Ｐｌａｎｔ
Ｊｏｕｒｎａｌ． ２００２， ３１（５）： ６４９ － ６６２
［３１］　 Ｃｕｓｈｍａｎ Ｊ Ｃ， Ｍｅｙｅｒ Ｇ， Ｍｉｃｈａｌｏｗｓｋｉ Ｃ Ｂ， Ｓｃｈｍｉｔｔ Ｊ Ｍ， Ｂｏｈｎｅｒｔ Ｈ
Ｊ． Ｓａｌｔ ｓｔｒｅｓｓ ｌｅａｄｓ ｔｏ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ ｏｆ ｔｗｏ ｉｓｏｇｅｎｅｓ ｏｆ
ｐｈｏｓｐｈｏｅｎｏｌｐｙｒｕｖａｔｅ ｃａｒｂｏｘｙｌａｓｅ ｄｕｒｉｎｇ Ｃｒａｓｓｕｌａｃｅａｎ ａｃｉｄ
ｍｅｔａｂｏｌｉｓｍ ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｃｏｍｍｏｎ ｉｃｅ ｐｌａｎｔ ［ Ｊ］ ． Ｐｌａｎｔ Ｃｅｌｌ．
１９８９， １（７）： ７１５ － ７２５
［３２］　 Ｆｏｎｔａｉｎｅ Ｖ， Ｃａｂａｎｅ Ｍ， Ｄｉｚｅｎｇｒｅｍｄ Ｐ． Ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ
ｐｈｏｓｐｈｏｅｎｏｌｐｙｒｕｖａｔｅ ｃａｒｂｏｘｙｌａｓｅ ｉｎ Ｐｉｎｕｓ ｈａｌｅｐｅｎｓｉｓ ｎｅｅｄｌｅｓ
ｓｕｂｍｉｔｔｅｄ ｔｏ ｏｚｏｎｅ ａｎｄ ｗａｔｅｒ ｓｔｒｅｓｓ ［ Ｊ］ ． Ｐｌａｎｔ Ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｙ， ２００３，
１１７（４）： ４４５ － ４５２
［３３］　 霍仕平， 晏庆九，宋光英，许明陆． 玉米抗旱鉴定的形态和生理
生化指标研究进展［ Ｊ］ ． 干旱地区农业研究． １９９５， １３ （３）：
６７ － ７３
［３４］　 Ｊｅａｎｎｅａｕ Ｍ， Ｇｅｒｅｎｔｅｓ Ｄ， Ｆｏｕｅｉｌｌａｓｓａｒ Ｘ， Ｚｉｖｙ Ｍ， Ｖｉｄａｌ Ｊ， Ｔｏｐｐａｎ
Ａ， Ｐｅｒｅｚ Ｐ． Ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｏｆ ｄｒｏｕｇｈｔ ｔｏｌｅｒａｎｃｅ ｉｎ ｍａｉｚｅ： ｔｏｗａｒｄｓ ｔｈｅ
ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ｖａｌｉｄａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｚｍ⁃ Ａｓｒ１ ｇｅｎｅ ａｎｄ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｗａｔｅｒ ｕｓｅ
ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｂｙ ｏｖｅｒ⁃ｅｘｐｒｅｓｓｉｎｇ Ｃ４ － ＰＥＰＣ［Ｊ］ ． Ｂｉｏｃｈｉｍｉｅ， ２００２， ８４
（１１）： １１２７ － １１３５
［３５］ 　 Ｎａｉｄｕ Ｓ Ｌ， Ｍｏｏｓｅ Ｓ Ｐ， ＡＬ⁃Ｓｈｏａｉｂｉ Ａ Ｋ， Ｒａｉｎｅｓ Ｃ Ａ， Ｌｏｎｇ Ｓ Ｐ．
Ｃｏｌｄ ｔｏｌｅｒａｎｃｅ ｏｆ Ｃ４ ｐｈｏｔｏｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｉｎ Ｍｉｓｃａｎｔｈｕｓ × Ｇｉｇａｎｔｅｕｓ：
ａｄａｐｔａｔｉｏｎ ｉｎ ａｍｏｕｎｔｓ ａｎｄ ｓｅｑｕｅｎｃｅ ｏｆ Ｃ４ ｐｈｏｔｏｓｙｎｔｈｅｔｉｃ ｅｎｚｙｍｅｓ
［Ｊ］ ． Ｐｌａｎｔ Ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｙ． ２００３， １３２（３）： １６８８ － １６９７
［３６］ 　 Ｋｕｂｉｅｎ Ｄ Ｓ， ｖｏｎ Ｃａｅｍｍｅｒｅｒ Ｓ， Ｆｕｒｂａｎｋ Ｒ Ｔ， Ｓａｇｅ Ｒ Ｆ． Ｃ４
ｐｈｏｔｏｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ａｔ ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ． Ａ ｓｔｕｄｙ ｕｓｉｎｇ ｔｒａｎｓｇｅｎｉｃ ｐｌａｎｔｓ
ｗｉｔｈ ｒｅｄｕｃｅｄ ａｍｏｕｎｔｓ ｏｆ Ｒｕｂｉｓｃｏ［Ｊ］ ． Ｐｌａｎｔ Ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｙ． ２００３， １３２
（３）： １５７７ － １５８５
［３７］ 　 Ｇｏｎｚａｌｅｚ Ｍ Ｃ， Ｓａｎｃｈｅｚ Ｒ， Ｃｅｊｕｄｏ Ｆ Ｊ． Ａｂｉｏｔｉｃ ｓｔｒｅｓｓｅｓ ａｆｆｅｃｔｉｎｇ
ｗａｔｅｒ ｂａｌａｎｃｅ ｉｎｄｕｃｅ ｐｈｏｓｐｈｏｅｎｏｌｐｙｒｕｖａｔｅ ｃａｒｂｏｘｙｌａｓｅ ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ ｉｎ
ｒｏｏｔｓ ｏｆ ｗｈｅａｔ ｓｅｅｄｌｉｎｇｓ［Ｊ］ ． Ｐｌａｎｔａ． ２００３， ２１６（６）： ９８５ － ９９２
２２６１
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｎｕｃｌｅａｒ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ
２０１３，２７（１１）：１６１７ ～ １６２３
Ｃｌｏｎｉｎｇ ｏｆ Ｚｍｐｅｐｃ Ｇｅｎｅ ｆｒｏｍ Ｍａｉｚｅ ａｎｄ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ
ｉｎｔｏ Ｓｐｒｉｎｇ Ｗｈｅａｔ
ＷＡＮＧ Ｚｈｏｎｇ　 ＺＨＡＮＧ Ｙｕｅ⁃ｑｉａｎｇ　 ＦＡＮ Ｚｈｅ⁃ｒｕ　 ＺＨＡＯ Ｑｉ　 ＬＩ Ｊｉａｎ⁃ｆｅｎｇ　 ＺＨＡＮＧ Ｈｏｎｇ⁃ｚｈｉ
ＷＡＮＧ Ｚｉ⁃ｘｉａ　 Ｈａｉｒｅｇｕｌｉ·Ａｂｕｌｉｚｉ
（ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｎｕｃｌｅａｒ ａｎｄ Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ， Ｘｉｎｊｉａｎｇ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ， Ｕｒｕｍｑｉ， Ｘｉｎｊｉａｎｇ　 ８３００９１）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｐｈｏｓｐｈｏｅｎｏｌｐｙｒｕｖａｔｅ ｃａｒｂｏｘｙｌａｓｅ （ＰＥＰＣ） ｉｓ ａ ｋｅｙ ｅｎｚｙｍｅ ｉｎ ｔｈｅ Ｃ４ ｐｈｏｔｏｓｙｎｔｈｅｔｉｃ ｐａｔｈｗａｙ． Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｓｔｕｄｙ
ｔｈｅ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｔｈｅ ｅｎｚｙｍｅ ｏｎ ｐｈｏｔｏｓｙｎｔｈｅｔｉｃ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｉｎ ｓｐｒｉｎｇ ｗｈｅａｔ， ｔｈｅ ＺｍＰＥＰＣ ｇｅｎｅ ｉｎ ｍａｉｚｅ （ ｚｅａ
ｍａｙｓ） ｗａｓ ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙ ｃｌｏｎｅｄ． Ｔｈｅ ｂｉｏｉｎｆｏｒｍａｔｉｃｓ ａｎａｌｙｓｉｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｃｏｄｉｎｇ ｓｅｑｕｅｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ＺｍＰＥＰＣ ｇｅｎｅ ｈａｄ
２９１３ ｂｐ ｉｎ ｌｅｎｇｔｈ， ｅｎｃｏｄｉｎｇ ９７０ ａｍｉｎｏ ａｃｉｄｓ． Ｏｎｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ｄｏｍａｉｎ ｏｆ ｔｈｅ ｐｈｏｓｐｈｏｅｎｏｌｐｙｒｕｖａｔｅ ｃａｒｂｏｘｙｌａｓｅ ａｔ ｐｏｓｉｔｉｏｎ
１７５ － ９７０， ａｎｄ ｔｗｏ ｐｈｏｓｐｈａｔｅ ｐｙｒｕｖａｔｅ ｃａｒｂｏｘｙｌａｓｅ ａｃｔｉｖｉｔｙ ｓｉｔｅｓ ａｔ ｐｏｓｉｔｉｏｎ １７３ － １８４ ａｎｄ ５９７ － ６０９ ｗｅｒｅ ｆｏｕｎｄ．
Ｔｈｒｏｕｇｈ ｐａｒｔｉｃｌｅ⁃ｍｅｄｉａｔｅｄ ｂｏｍｂａｒｄｍｅｎｔ， ｔｈｅ ＺｍＰＥＰＣ ｇｅｎｅ ｗａｓ ｔｒａｎｓｆｅｒｒｅｄ ｉｎｔｏ ｓｐｒｉｎｇ ｗｈｅａｔ Ｘｉｎｃｈｕｎ ２６， ｗｈｉｃｈ ｈａｓ
ｇｏｏｄ ｑｕａｌｉｔｙ ａｎｄ ｓｔｒｏｎｇ ｇｌｕｔｅｎ． Ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｎｏｎ⁃ｔｒａｎｓｇｅｎｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌ， ｔｈｅ ｃｈｌｏｒｏｐｈｙｌｌ ｃｏｎｔｅｎｔ ａｎｄ ｐｈｏｓｐｈｏｅｎｏｌｐｙｒｕｖａｔｅ
ｃａｒｂｏｘｙｌａｓｅ ａｃｔｉｖｉｔｙ ｏｆ ｔｒａｎｓｇｅｎｉｃ ｓｐｒｉｎｇ ｗｈｅａｔ ｗｅｒｅ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｉｎｄｉｃａｔｅｓ ｔｈｅ ＺｍＰＥＰＣ ｇｅｎｅ ｐｌａｙｓ ａｎ ａｃｔｉｖｅ
ｒｏｌｅ ｉｎ ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｔｈｅ ｐｈｏｔｏｓｙｎｔｈｅｔｉｃ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｓｐｒｉｎｇ ｗｈｅａｔ， ａｎｄ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｓ ａ ｇｏｏｄ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｕｓｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ Ｃ４
ｐｈｏｔｏｓｙｎｔｈｅｔｉｃ ｐａｔｈｗａｙ ｋｅｙ ｅｎｚｙｍｅ ｉｎ ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｔｈｅ ｙｉｅｌｄ ｏｆ ｓｐｒｉｎｇ ｗｈｅａｔ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｍａｉｚｅ； Ｓｐｒｉｎｇ Ｗｈｅａｔ； ＺｍＰＥＰＣ； Ｇｅｎｅ Ｃｌｏｎｅ； Ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ
３２６１