全 文 ：核 农 学 报 2011，25(1):0006 ～ 0013
Journal of Nuclear Agricultural Sciences
文章编号:1000-8551(2011)01-0006-08
收稿日期:2010-06-28 接受日期:2010-08-27
基金项目:国家 863 计划重大专项(2009AA101102)，国家自然科学基金(31071477)，高等学校博士点基金(20090204110024)，陕西省 13115 科
技创新工程重大科技专项(2007ZDKG-020)，国家杨凌农业生物技术育种中心专项基金(99-1A)，西北农林科技大学拔尖人才支持计划项目
作者简介:栗现芳(1981-)，女，河北邯郸人，在读博士，研究方向为植物遗传学。E-mail:xianfangli2010@ sohu. com
通讯作者:张改生(1951-)，男，陕西周至人，教授，博士生导师，研究方向为小麦杂种优势的理论与应用。E-mail:zhanggsh@ public. xa. sn. cn
小麦 RPL21 基因同源克隆与表达分析
栗现芳 马守才 张改生 牛 娜
(西北农林科技大学 /陕西省作物杂种优势研究与利用重点实验室 /小麦育种教育部工程研究中心，陕西 杨陵 712100)
摘 要:为了解 60S 核糖体蛋白 L21( ribosomal protein L21，RPL21)的基因组结构和表达模式，以
GenBank 数据库中小麦 RPL21 基因的部分序列为信息探针，采用 RT-PCR 和 PCR 技术从小麦多子房株
系幼穗中克隆了 RPL21 基因的 cDNA 与 DNA 片段，并对该基因在小麦多子房近等基因系间的表达差异
和多子房株系中的时空表达模式进行了分析。结果表明，所克隆的小麦 RPL21 基因 cDNA 序列
(GenBank 登录号:HM138480)长 521bp，编码 164 个氨基酸;DNA 序列(GenBank 登录号:HM138481)长
1600bp，含有 2 个外显子和 1 个内含子。半定量 RT-PCR 分析显示，该基因在多子房株系幼穗中表达少
量上调;在多子房株系不同时期幼穗中的表达量随着幼穗的发育呈上升趋势;不同组织中具体表达模式
为茎顶端≈幼根 >幼穗 >幼叶，生长旺盛部位表达量较高。
关键词:多子房小麦;RPL21 基因;克隆;表达分析
CLONING AND EXPRESSION ANALYSIS OF RPL21 GENE IN WHEAT (Triticum aestivum L.)
LI Xian-fang MA Shou-cai ZHANG Gai-sheng NIU Na
(Key Laboratory of Crop Heterosis of Shaanxi Province，Northwest A ＆ F University /Wheat Breeding Engineering Research Center，
Ministry of Education，Yangling，Shaanxi 712100)
Abstract:To understand the genome structure and expression patterns of 60S ribosomal protein L21 (RPL21)，partial
sequence of RPL21 gene from the GenBank database was used as a query probe to blast the GenBank database. Based
on the assembled homologous cDNA sequence，both cDNA and DNA sequences of RPL21 from multi-ovary lines were
isolated and characterized by RT-PCR. Furthermore，differential expression of genes between the multi-ovary line and
mono-ovary line，expression patterns of genes in different development stages of ears and different tissues of multi-ovary
line were analyzed by semi-quantitative RT-PCR. The cDNA sequence (GenBank accession No. HM138480)was 521bp
in length and the open reading frame encoded a peptide of 164 amino acids. The DNA sequence (GenBank accession
No. HM063421) was 1600bp in length，which contained two exons and one intron. According to the expression
analysis，the expression of the gene in 2 ～ 4mm ears of multi-ovary line was higher than that in mono-ovary line. This
gene was upregulated with the development of young ear of multi-ovary line，and arrived at the highest expression levels
at 8 ～ 9mm young ear stage. It was speculated that more RPL21 were needed for the growth and development of floral
organ. Besides，the expression patterns of the gene in different tissues of multi-ovary lines were in the order of stem
shoot meristem ≈ young root > young ear > young leaf，indicating that they were abundantly expressed in various
tissues，expression levels of RPL21 genes was the highest in rapidly growing tissues.
Key words:multi-ovary wheat;RPL21 gene;clone;expression analysis
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1 期 小麦 RPL21 基因同源克隆与表达分析
一般小麦属内的各个种每朵小花只结一粒种子，
但也有例外。最初发现了小麦中存在着由雄蕊心皮化
而形成的多雌蕊现象［1］。因其雄蕊数目减少，出现不
育现象，从而限制了进一步的研究利用。1983 年，陈
济世等［2］选育并命名了一个具有 3 个雄蕊和 3 个雌
蕊，并可育的小麦新类型，即三粒 小 麦 (Trigrain
wheat)，这一多雌蕊特征不同于心皮化的多雌蕊，而且
雌蕊数目恒定，已成为稳定的遗传特性。童一中等［3］
1984 年从矮粒多 × 洛阳青产生的后代中选出了多子
房小麦，并进行了普通小麦多子房性状的研究，确定多
子房(指额外子房)发生的时期、部位、数量，及其与雄
蕊心皮化的区别。1991 年银川市科委小麦育种组发
现了一种新型小麦研究材料，即多子房小麦，一个麦壳
里有 2 个或 3 个麦粒。普通小麦的麦粒都是腹沟朝里
背朝外，而多子房小麦腹沟朝外，背靠背地挤在一起。
马守才等［4］对多子房小麦的杂种优势与利用进行了
研究，结果表明单株产量有较强的杂种优势，多子房小
麦杂种优势的主要表现是穗粒数增多。因其独特的花
器特点，具有多个子房，可有效提高繁殖系数，在培育
高产小麦品种和杂交小麦育种上具有重要的理论和实
践意义。
核糖体蛋白是真核生物和原核生物细胞中一种丰
富的蛋白质，占细胞蛋白的 15%，在蛋白质的生物合
成中起重要作用。真核细胞中发现的核糖体蛋白有
80 种，广泛分布于各种组织中。近年的研究发现，核
糖体蛋白还有核糖体外功能［5 ～ 10］，参与复制、转录、翻
译调控、正常细胞恶性转化、细胞的凋亡调控、细胞的
分裂、增殖、分化以及 DNA 修复等。60S 核糖体蛋白
L21(ribosomal protein L21，RPL21)是核糖体大亚基上
一种重要的蛋白质，参与蛋白质的合成过程。水稻、玉
米、石蒜和油棕等植物的 RPL21 基因已有克隆，小麦
上有部分基因序列的克隆，但对其功能作用还知之甚
少。在本实验室构建的多子房性状相关 SSH 文库中
出现了与 RPL21 基因同源的 EST 序列，为了解小麦多
子房株系中 RPL21 的基因组结构和表达模式，本研究
以小麦多子房近等基因系为试材，以 GenBank 数据库
中的小麦 RPL21 基因的部分序列为信息探针，通过同
源序列搜索、聚类拼接和 RT-PCR，从小麦多子房株系
幼穗中分离得到了 RPL21 基因的 cDNA 和 DNA 序列，
并对该基因在不同材料中的表达差异和在多子房株系
中不同时空条件下的表达模式进行了分析。为进一步
研究多子房小麦中 RPL21 基因的功能机制奠定基础，
同时也为小麦核糖体蛋白研究提供有用信息。
1 材料与方法
1. 1 供试材料及处理
研究所用材料为小麦多子房品系Ⅱ(简称多Ⅱ)
近等基因系(near － isogenic line，NIL)BC4F3，其中多
子房亲本为遗传稳定的多Ⅱ，单子房亲本为普通小麦
品系西农 77(2)。以矮败小麦为杂交材料，先与多Ⅱ
杂交，从获得的 F1 代中选择多子房矮秆不育株再同西
农 77(2)杂交，并以西农 77(2)为轮回亲本连续回交，
每一回交世代都选择多子房矮秆不育株。直到 BC4
代，从高杆可育株中选择与轮回亲本农艺性状相似的
多子房和单子房植株套袋连续自交，获得多子房近等
基因系 BC4F3，具体创建流程可见文献［11］。2009 年
秋将多子房株系和单子房株系分别种植在西北农林科
技大学农场试验田，第二年 3 － 4 月份从这 2 个材料中
剥取 1 ～ 2、2 ～ 3、3 ～ 4、4 ～ 5、5 ～ 6、6 ～ 7、7 ～ 8、8 ～ 9、9
～ 10 和 10 ～ 12mm 10 个连续发育时期的幼穗及 2 ～
4mm 幼穗时期对应的幼根、茎顶端和幼叶，液氮速冻
后于 － 80℃保存备用。上述供试材料均由西北农林科
技大学陕西省作物杂种优势研究与利用重点实验室保
存与提供。
1. 2 RNA、DNA 的提取和 cDNA 一链的合成
分别将 50 ～ 100mg 供试材料在液氮中充分研磨，
转入 1ml Trizol 提 取 液 中，然 后 按 Trizol Reagent
(Invitrogen 公司)说明书步骤提取所有材料总 RNA;
总 RNA 溶于 10μl RNase-free H2O 后，用无 RNase 的
DNaseⅠ(5U /μl)4μl 和 RNA 抑制剂(40U /μl)1μl
(TaKaRa 公司)37℃处理 30 min，抽提纯化 RNA;用琼
脂糖凝胶电泳检测总 RNA 完整性，核酸蛋白检测仪检
测总 RNA 的浓度和纯度。
采用反转录试剂盒 PrimeScriptTM RT reagent Kit
(TaKaRa 公司)，以 Oligo dT 和 Random 6 mers 为引物
合成 cDNA 第一链，－ 20℃保存备用。
多子房株系和单子房株系 2 ～ 3mm 幼穗基因组
DNA 的提取采用 CTAB 法;提取的 DNA 溶于 50μl
RNaseA H2O(含 1 ～ 2μl 10mg /ml 的 RNaseA)，37℃温
育 30min 后抽提纯化 DNA;最后用琼脂糖凝胶电泳检
测 DNA 的质量，10 倍稀释后 － 20℃保存备用。
1. 3 小麦 RPL21 基因的电子克隆、RT-PCR 扩增与
克隆测序
以 GenBank 数据库中的小麦 RPL21 基因的部分
序列为信息探针，在 NCBI 小麦 EST 数据库中进行
Blast 检索，获得若干与之高度同源的 EST，利用
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核 农 学 报 25 卷
DNAStar 软件构建 EST 重叠群，重复将 EST 重叠群进
行 Blast 检索、拼接，直至没有新的匹配序列入选或
EST 重叠群不能再延伸，从而获得电子克隆的全长
cDNA 序列。根据电子克隆 cDNA 序列，利用 Primer
Premier 5. 0 软件在保守性较好的位置设计特异引物。
F: 5′-AAGGAGGAAGGGAAGATGCCG-3′; R: 5′-
GCGCTCTAGTAACCACCCTTGA-3′。分别以 NILs 中小
麦多子房株系的 2 ～ 3mm 幼穗 cDNA 一链和基因组
DNA 为模板。反应体系为:10 × PCR buffer (Mg2 +
Plus) 2. 5μl，dNTP Mixture(2. 5mmol /L) 2μl，Taq
DNA 聚合酶(5U /μl)0. 2μl，引物 F(10μmol /L)
1μl，引物 R(10μmol / L)1μl，模板 3μl，ddH2O 补足
至 20μl。反应条件为:94℃ 预变性 3min;94℃ 变性
1min，58℃退火 1min，72℃延伸 1min，35 个循环;72℃
延伸 10min;反应后 4℃保存。扩增片段经 1%琼脂糖
凝胶电泳检测，普通琼脂糖凝胶 DNA 回收试剂盒
(TIANGEN 公司)回收［12］，连 接到 PMD19-T 载体
(TaKaRa 公司)，连接产物热转化感受态细胞 DH5α，
放入不含抗生素的 LB 液体培养基培养 60min 后，涂
到含有 X-gal、IPTG、Amp 的 LB 固体培养基上 37℃培
养过夜，挑取白色克隆，先后用特异引物和通用引物
M13 扩增，检测目的片段的插入情况，将阳性克隆送北
京三博远志生物有限责任公司测序。
1. 4 序列分析
用 NCBI 的 BLASTn(http:/ /www. ncbi. nlm. nih.
gov / blast /Blast. cgi)序列比对工具进行同源性比对;采
用 DNAStar 软件的 Seqman 进行序列的拼接组装;
NCBI(http:/ /www. ncbi. nlm. nih. gov /)的 ORF finder
预测开放阅读框;蛋白质的等电点和分子量计算，采用
ExPASy 网站的 Compute PI /Mw tool (http:/ /www.
expasy. org / tools / pi _ tool. html);用 SubLoc1. 0 软件
(http:/ /www. bioinfo. tsinghua. edu. cn / SubLoc /)进行
亚细胞的定位;NCBI (http:/ /www. ncbi. nlm. nih. gov /
Structure / cdd /wrpsb. cgi)在线进行序列保守功能区的
分析［13］;序列多重比较及进化树构建采用 DNAMAN
软件在默认参数下进行;利用 NCBI 的在线分析软件
(http:/ /www. ncbi. nlm. nih. gov / spidey / spideyweb.
cgi)对序列进行外显子和内含子结构的分析。
1. 5 基因的表达分析
根据小麦多子房 SSH 文库中 RPL21 的 EST 序列
设计半定量引物。半定量 RT-PCR 分析中，以 18S
rRNA 基 因 作 为 内 参 基 因［14］。 RPL21-F: 5′-
CTTCCATCTCGTCAGTTTGGTT-3′; RPL21-R: 5′-
GTTCTTCCTCCTGGCTTCCTC-3′。 18SrRNA-F: 5′-
CTTCTTAGAGGGACTATGGC-3′; 18SrRNA-R: 5′-
TACGGAAACCTTGTTACGAC-3′。先以供试材料各个
cDNA 为模板对内参基因 18S rRNA 扩增，根据光密度
值使不同的样品所扩增的 18S rRNA 的量一致，进一
步确定各个样品所需的 cDNA 一链的模板量。PCR 循
环参数为 94℃ 4min;94℃ 30s，55℃ 30s，72℃ 50s，
72℃延伸 10min，分别在 22、24、26、28、30、32、34 和 36
个循环时取出 1 管 PCR 产物，进行 2%琼脂糖凝胶电
泳，然后用 Gene Genius GBox-HR 凝胶成像系统分析
条带的光密度值，确定基因的最佳循环数为 30。调模
板量和寻找最佳循环参数均采用 50μl 扩增体系:10 ×
PCR Buffer (Mg2 + Plus) 5μl、2. 5 mmol /L dNTP
Mixture 4μl、10μmol /L 引物各 2μl、cDNA 模板 2μl、
5U /μl Taq DNA 聚合酶 0. 5μl 及 34. 5μl ddH2O。用调
整后的模板量和最佳循环数进行 RT-PCR 分析，取
10μl 扩增产物于 2%琼脂糖凝胶电泳检测，并进行定
量分析。
图 1 小麦 RPL21 基因 RT-PCR 和 PCR 扩增结果
Fig. 1 RT-PCR and PCR results of RPL21 in wheat
A:小麦 cDNA 中 RPL21 基因的扩增结果;
B:小麦 DNA 中 RPL21 基因的扩增结果
M1:DL2000;M2:200bp DNA Ladder
A:RT-PCR results of RPL21 in cDNA template;
B:PCR results of RPL21 in DNA template
2 结果与分析
2. 1 小麦 RPL21 基因的 cDNA 序列分析
以小麦多子房株系 2 ～ 3mm 幼穗总 RNA 反转录
的 cDNA 一链为模板，对小麦 RPL21 基因进行 PCR 扩
增，得到与目的基因预期大小一致的单一条带(图
1A)，克隆测序后获得长度为 521bp 的 cDNA 序列(图
2)。该序列完整的开放阅读框从 19bp 开始到 513bp
终止。将获得的 RPL21 基因的 cDNA 序列在 NCBI 上
进行 BLAST 分析，发现该序列与已有的小麦 RPL21 基
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1 期 小麦 RPL21 基因同源克隆与表达分析
图 2 RPL21 的核苷酸序列和编码氨基酸序列
Fig. 2 Nucleotide and deduced amino sequences of RPL21 in wheat
图中阴影部分为内含子，黑体为起始密码子 ATG 和终止密码子 TAG。
The intron is indicated in the shadow，start codon ATG and stop codon TAG are indicated in boldfaced letters.
因部分序列(AF475114)相似性为 96%，E 值为 0. 0;
与水稻 RPL21 基因的序列 (AF093630)相似性为
90%，E 值为 3e-180;与玉米 RPL21 基 因 的 序 列
(EU967941)相似性为 87%，E 值为 2e-158;与油棕
RPL21 基因的序列(EU284979)相似性为 84%，E 值为
1e-135;与石蒜 RPL21 基因的序列(FJ972626)相似性
为 82%，E 值为 1e-115。
2. 2 小麦 RPL21 基因的 DNA 序列分析
以小麦多子房株系 2 ～ 3mm 幼穗基因组 DNA 为
模板进行 PCR 扩增，得到 1600bp 的小麦 RPL21 的部
分基因组 DNA 序列(图 1B 和图 2)。序列结构分析显
示，该 DNA 序列含有 2 个外显子和 1 个内含子。外显
子位置分别在 1 ～ 255bp 和 1335 ～ 1600bp，大小分别
为 255bp 和 266bp。起始密码子为 ATG，终止密码子
为 TAG。内含子作为插入外显子中间的部分，大小为
1079bp。内含子与外显子相邻碱基为 GT-AG，符合典
型的植物内含子剪切模式。
2. 3 小麦 RPL21 基因的氨基酸序列分析
根据其 cDNA 序列，用 DNAStar 软件推导得到该
基因的蛋白质序列(图 2)，编码 164 个氨基酸，分子
量为 18. 68369kD，等电点为 10. 42，定位于细胞质中
(RI = 2，Expected Accurcy = 74%)。序列保守区分析
发现(图 3)，该序列具有核糖体 L21e 功能区保守序
列。
对几种植物和动物的 RPL21 氨基酸序列进行了
多重比较(图 4)，包括小麦、玉米、水稻、人、鼠、牛、斑
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核 农 学 报 25 卷
图 3 RPL21 保守结构域分析
Fig. 3 Conserved domain analysis of RPL21
马鱼和多种昆虫等。结果表明该序列在植物中的相似
程度很高。对不同来源的 RPL21 基因进行氨基酸为
基础的同源性分析，小麦、玉米、水稻、石蒜和茄属植物
中 RPL21 氨基酸序列的相似性达到 81% ～ 98%，在
人、鼠、牛、鱼中 RPL21 氨基酸序列的相似性达到 84%
～ 100%，在铃夜蛾属、草地夜蛾、家蚕和小菜蛾中
RPL21 氨基酸序列的相似性达到 93% ～ 97%，但所比
图 4 几种植物和动物的 RPL21 氨基酸序列的多重比对
Fig. 4 Multiple alignment of amino acid sequence of RPL21 from several plants and animals
对的植物和动物间 RPL21 氨基酸序列的相似性只有
51%。由此可见，RPL21 氨基酸序列在小麦与多种高
等植物中的系统进化上有高度保守性，在各动物物种
内保守性也很好，但在植物与动物间相似性较差。经
同源性分析，本文所得序列与数据库中小麦该基因的
已知部分序列相似性为 98%，且系统进化树分析表明
其氨基酸序列与小麦 RPL21 的关系最近(图 5)，由此
推测，所克隆的基因即是小麦多子房株系上的 60S
RPL21 基因，cDNA 和 DNA 序列的 GenBank 登录号分
别为 HM138480 和 HM138481。
01
1 期 小麦 RPL21 基因同源克隆与表达分析
图 5 几种植物和动物 RPL21 氨基酸序列的系统进化树
Fig. 5 Phylogenetic tree based on amino acid
sequence of RPL21 from several plants and animals
2. 4 小麦 RPL21 基因的表达分析
利用半定量 RT-PCR 方法对 RPL21 基因在小麦多
Ⅱ NILs 间和多子房株系中的时空表达差异进行了分
析。结果表明(图 6):在不同材料中，RPL21 基因在多
子房株系中的表达量高于单子房株系，但表达差异并
不是特别大。在多子房株系不同幼穗发育时期的表达
表现为:基因在幼穗中的表达量随着幼穗的发育有增
加趋势，8 ～ 9mm 幼穗中表达量达到最高，之后又恢复
到 5 ～ 7mm 幼穗发育时期的表达水平。RPL21 基因广
泛存在于各种组织，具体表达模式为茎顶端≈幼根 >
幼穗 >幼叶，在茎顶端和幼根组织中表达量较高，幼叶
中的表达量最低。
3 讨论
核糖体广泛存在于高等植物的细胞质、叶绿体和
线粒体中，是细胞内合成蛋白质的场所。真核生物的
图 6 RT-PCR 法对 RPL21 基因的表达分析
Fig. 6 Expression analysis of RPL21 gene by RT-PCR
U1:小麦多子房株系 2 ～ 4mm 幼穗;O1:小麦单子房株系 2 ～ 4mm 幼穗;1-10:分别为 1 ～ 2，2 ～ 3，3 ～ 4，4 ～ 5，5 ～ 6，6 ～ 7，7 ～ 8，8 ～ 9，
9 ～ 10 和 10 ～ 12mm 多子房株系幼穗;R，S，L:分别为小麦多子房株系 2 ～ 4mm 幼穗发育时期对应的幼根、茎顶端和幼叶;
E:小麦多子房株系 2 ～ 4mm 幼穗;18S rRNA:内参基因
U1:2 ～ 4mm young ears of multi-ovary line;O1:2 ～ 4mm young ears of mono-ovary line;1-10:1 ～ 2，2 ～ 3，3 ～ 4，4 ～ 5，5 ～ 6，6 ～ 7，7 ～ 8，
8 ～ 9，9 ～ 10 and 10 ～ 12mm young ears of multi-ovary line，respectively;R，S，L:young root，stem shoot meristem and young leaf of
multi-ovary line at 2 ～ 4mm young ear stage，respectively;E:2 ～ 4mm young ear of multi-ovary line;18S rRNA:Reference gene
核糖体为 80S，由 40S 和 60S 两个亚基构成，包含 3 ～ 4
种 RNA 分子和 80 多种不同的蛋白质。核糖体蛋白是
核糖体的重要组成部分，在核糖体的翻译过程中起重
要的作用，对细胞的分裂、增殖、分化具有重要的调节
功能。许多核糖体蛋白既具有结构上的功能，同时又
是翻译过程中必不可少的因子。现在有关核糖体和核
糖体蛋白的研究主要集中在昆虫、哺乳动物、真菌和细
菌，而植物方面的报道较少。顾志敏等［15］首次从单子
叶模式植物水稻中克隆了核糖体蛋白 S7 基因，说明核
糖体蛋白基因在进化过程中高度保守，并指出核糖体
蛋白 S7 基因的功能可能是多方面的。杜志如等［16］得
到一个水稻核糖体蛋白基因 OsRPL14，推测该基因在
逆境反应中起着重要作用，这些蛋白有可能是在编入
核糖体之前就预存并保留了其核糖体外的功能。Kim
等［17］从低温诱导的小豆中克隆了 3 个核糖体蛋白基
因 GmRPS13、GmRPS6 和 GmRPL37，试验表明这 3 个
基因编码的核糖体蛋白在转录过程中或者核糖体组装
过程中起重要作用。Thomas［18］发现黑麦 ScRPS7 基因
可维持低温下黑麦幼苗的生长。Yao 分离了小麦 15
个核糖体蛋白基因，并分析了序列特征和检测了它们
的表达模式［19］。转基因植物核糖体 L13B 的过量表达
导致叶片生长过度并且有斑点，表皮细胞数目增加、大
小减少;核糖体蛋白 RPL3 基因的高效沉默导致发育
延迟，萎缩和抑制侧根生长等表现型异常。L3 的缺乏
导致细胞数目减少和细胞增大，推测 L3 在细胞分裂过
程中上调表达［20］。核糖体蛋白基因的突变影响胚的
发育能力和植物的生长［21］。RPL6 可能在人 T 细胞白
血病病毒-I 的生活周期中发挥作用，参与肝细胞损伤
后的再生，促进细胞的增殖［22］。有人报道在悬浮培养
的细胞中，核糖体蛋白基因的转录累积表达量和细胞
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核 农 学 报 25 卷
分化之间存在正向关系［23］。研究还发现，核糖体蛋白
本身的表达水平可能在一定程度上反映细胞生长的状
态［24］。
目前关于核糖体蛋白的研究较多，但对于 RPL21
却不是很多。前人研究表明［25］，在油棕组织培养过程
中，分离鉴定愈伤组织发生和胚胎发生相关 ESTs 时，
出现了 RPL21 基因。本实验室构建的小麦多子房性
状相关 SSH 文库中也出现了与 RPL21 基因高度同源
的 EST 序列。Giinnar Rosendahl［26］从四膜虫大核中分
离克隆了单拷贝基因编码的 RPL21，通过对基因组序
列和对应的 cDNA 克隆分析表明，四膜虫 RPL21 基因
包含 3 个内含子;氨基酸序列的比对表明，四膜虫
RPL21 属于在真菌、细菌、古细菌类和真核生物中保守
的核糖体蛋白家族;根据它的结构和功能，推测该蛋白
家族的成员在真核生物中同原核生物一样，与核糖体
中的 5S RNA 复合物相互作用。GO (Gene Ontology)
数据库有 RPL21 基因的功能注释，具体为:在细胞组
成上具有蛋白质结合作用，在生化过程中参与蛋白质
的翻译与延伸，在分子功能上具有 RNA 结合作用。虽
然多种植物中已成功克隆了 RPL21 基因，但对其功能
注释很少。所以，对 RPL21 基因的功能作用还知之甚
少，对其作用机制的验证仍是研究的空缺。本文首次
从小麦多子房株系中克隆了 RPL21 基因，将有助于进
一步研究植物核糖体的结构和 RPL21 的生物学功能。
通过 cDNA、氨基酸、DNA 序列分析和保守区分析表
明，所克隆的 cDNA 和 DNA 序列为目的基因 RPL21。
氨基酸序列分析显示，在多种植物中 RPL21 基因具有
高度的保守性，但在植物与动物间的相似性较差。前
人关于三粒小麦额外雌蕊的分化研究表明［27］，穗长为
2 ～ 5mm 时可以看到副雌蕊发生的最早时期，因此本
研究尽量选择了比外观性状表现较早的幼穗时期进行
表达差异分析。相对于单子房株系来说，RPL21 基因
在小麦多子房株系中表达量上调，但并不是特别明显。
随着幼穗的生长发育，该基因的表达量逐渐增大，说明
花器官发育后期需要更多的核糖体蛋白来满足其正常
的生命活动需求。不同组织的表达分析中，RPL21 基
因在茎顶端和幼根的表达量最高，即在生长旺盛部位
RPL21 基因表达量较多，这一点与 RPL6、RPL10A、
RPL11 等多种核糖体蛋白基因一致［19］。
4 结论
本试验在多子房株系幼穗中克隆了 RPL21 基因
的 cDNA 和 DNA，并对该基因进行了序列特征和表达
模式分析。cDNA、DNA 和氨基酸序列分析确定所获
得的序列为目的基因序列。cDNA 序列长 521bp，编码
164 个氨基酸;DNA 序列长 1600bp，含有 2 个外显子
和 1 个内含子。该基因的蛋白质序列具有核糖体
L21e 功能区保守序列，在多种植物中具有高度的保守
性，但在植物与动物间的相似性较差。表达分析表明
该基因在本试验供试 NILs 间存在少量表达差异，在花
器官的发育后期和生长旺盛的部位表达量较高。
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(责任编辑 王媛媛
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