全 文 ：木薯(Manihot esculenta Crantz)又名树薯、木番
薯，是大戟科(Euphorbiaceae)木薯属植物，为世界 3
大薯类作物之一，全球 7 亿多人口的食物来源 [1]。
木薯为适应热带与亚热带气候的淀粉高效累积作
物，具有较高的光合产物累积效率与独特的抗逆性
等生物学特性[2]。在我国热带地区，木薯是淀粉和
木薯磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶基因全长cDNA克隆
及表达分析
张杨1, 陈新2, 卢诚2, 王文泉2*
(1. 海南大学农学院，海口 571101；2. 中国热带农业科学院热带生物技术研究所，能源作物分子育种实验室，海口 571101)
摘要： 应用巢式 PCR 从木薯栽培种(Manihot esculenta) Arg7 和野生种 W14 (M. esculenta subsp. flabellifolia)叶片中克隆到磷酸烯
醇式丙酮酸羧化酶基因 pepc 全长 cDNA，GenBank 序列号为 JN387052 和 JN387053。cDNA 全长 2945 bp，含 1 个 2895 bp 的
开放阅读框，预测编码的蛋白含 964 个氨基酸，具有磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶保守结构域。木薯 PEPC 与麻疯树和蓖麻的 PEPC
氨基酸序列具有高度同源性。表达分析表明 pepc 在 W14 和 Arg7 叶中的表达量最高，其次是须根和块根，茎中最低。单日表达
量动态分析表明，Arg7 叶中 pepc 总体表达量高于 W14，但是 16∶00 后 W14 高于 Arg7，推测两种木薯 pepc 调控区域存在差异。
关键词： 木薯； pepc 基因； 生物信息学
doi: 10.3969/j.issn.1005–3395.2012.04.008
Cloning and Expression Analysis of Phosphoenolpyruvate Carboxylase
Gene pepc from Cassava (Manihot esculenta Crantz)
ZHANG Yang1, CHEN Xin2, LU Chen2, WANG Wen-quan2*
(1. Department of Agriculture, Hainan University, Haikou 571101, China; 2. Laboratory of Energy Crops and Molecular Breeding, Institute of
Tropical Bioscience and Biotechnology, Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences, Haikou 571101, China)
Abstract: The full-length cDNAs of phosphoenolpyruvate carboxylase gene pepc were cloned from cassava
(Manihot esculenta) cultivar Arg7 and wild species (M. esculenta subsp. flabellifolia) W14 by using Nest-PCR
method, respectively, with corresponding GenBank accession number of JN387053 and JN387052. Both of
two cDNA sequences were 2945 bp in length including a ORF of 2895 bp, predicting to encode a protein with
964 amino acids and containing typical conserved sequences/domains of pepc gene. Cassava PEPC had high
homologous with that in Ricinus communis and Jatropha curcas. The pepc expression was the highest in leaves
of W14 and Arg7, followed fibrous roots and tuberous roots, and the lowest expression was in stems. The one-
day dynamic expression analysis showed that the pepc expression in Arg7 leaves was higher than in W14 before
16∶00, while it was higher in W14 than Arg7 after 16∶00. Therefore, it suggested that the regulatory regions of
pepc gene in two cassava species were different.
Key words: Cassava; pepc gene; Bioinformatics
收稿日期： 2011–10–13　　　　接受日期： 2012–01–09
基金项目： 国家重点基础研究发展计划项目(2010CB126600)资助
作者简介： 张杨，在读博士生，种质资源学专业。E-mail: zysummer@126.com
* 通讯作者 Corresponding author. E-mail: wquanww@hotmail.com
热带亚热带植物学报　2012， 20(4)： 369~375
Journal of Tropical and Subtropical Botany
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酒精加工的主要原料。同时木薯作为一种生物能
源和生物材料的原料，将会在应对全球能源与环境
危机中发挥重要作用[3]。
木薯具有高于一般 C3 植物的净光合速率(net
photosynthetic rate, Pn, 达 43 µmol CO2 m
-2s-1)和光
合作用最适温度(45℃)[4–5]。磷酸烯醇式丙酮酸羧
化酶(phosphoenolpyruvate carboxylase, 简称 PEPC)
是 C4 植物光合作用途径中的关键酶，在典型 C4
植物叶肉细胞中表现出很高的活性，它催化磷酸
烯醇式丙酮酸和 CO2 不可逆地生成草酰乙酸，起
到高效固定 CO2 的作用，最终提高 C4 植物的光
合效率。栽培种木薯叶片中具有类似于 C4 植物
叶片中的较高 PEPC 活性[6–7]，但野生型木薯则被
认为是 C3 型植物
[8]，且野生型叶片中的 PEPC 活
性和净光合效率普遍低于栽培种。目前，对拟南
芥 (Arabidopsis thaliana)[9]、玉米(Zea mays)[10]、蓖麻
(Ricinus communis)[11]、高 粱 (Sorghum vulgare)[12]等
和一些 C4 植物中 PEPC 的功能都有较深入的研
究。近年来利用基因工程技术将 C4 植物的 pepc
基因导入水稻(Oryza sativa)等 C3 植物也取得了一
些可喜进展，成为提高C3 植物光合效率的新途径
[13]。
本研究分别从木薯野生种(Manihot esculenta
subsp. flabellifolia) W14 和 栽 培 种(M. esculenta)
Arg7 叶片中克隆得到 pepc 基因全长 cDNA，对它
们的核苷酸序列及编码的氨基酸序列进行了生物
信息学分析，同时对木薯 pepc 基因的表达进行了
分析，旨在探讨木薯 pepc 基因的结构与功能在野
生种与栽培种间的差异，及其与典型 C3 和 C4 植物
的同源性关系，为揭示木薯高光效、高淀粉累积机
理奠定理论基础。
1 材料和方法
1.1 材料
植物材料　　选择木薯栽培种(Manihot esculenta)
Arg7 和野生种(Manihot esculenta subsp. flabellifolia)
W14 为材料。Arg7 为引自阿根廷的高淀粉种质，
块根淀粉率在 32%~34%；W14 是来自国际热带农
业研究中心(CIAT)的木薯野生种，生长较弱，能够
结少数块根，块根淀粉率低，只有 4%~5%，以种子
繁殖为主，茎秆一般没有繁殖再生能力。材料保存
于中国热带农业科学院热带生物技术研究所木薯
实验种质圃。
菌 株 和 质 粒　　 大 肠 杆 菌(Escherichia coli)
DH5α 和 pMD19-Vector 购自 TaKaRa 公司。
试 剂　　 总 RNA 提 取 试 剂 RNA plant plus
Reagent 购 自 TIANGEN 公 司，反 转 录 试 剂 盒
Revert AidTM First Stand cDNA Synthesis Kit 购
自 Fermentas 公司。快速 PCR 扩增聚合酶 Speed
STAR HS DNA Polymerase、限 制 性 内 切 酶、T4
连 接 酶 以 及 其 它 工 具 酶 均 购 自 TaKaRa 公 司。
PCR 引物由上海生工合成，凝胶回收试剂盒购自
OMEGA bio-tek 公司。
1.2 叶片RNA提取以及cDNA第一条链合成
将木薯叶片在液氮中迅速研磨成粉末状 , 取
50~100 mg 转 入 1.5 mL 离 心 管 中 , 具 体 步 骤 按
RNA plant plus Reagent 操 作 手 册 进 行。 提 取 完
毕后取 1 µL RNA 用 1% 琼脂糖凝胶电泳检测。
cDNA 第 一 链 合 成 按 照 Revert AidTM First Stand
cDNA Synthesis Kit 反应步骤进行。
1.3 pepc基因的克隆
引 物 设 计 与 巢 式PCR扩 增　　 以 麻 疯 树
(Jatropha curcas) pepc 基 因 的 cDNA 全 长 序 列
(GenBank 序列号为 EU069413)为探针，通过 Blastn
搜索 GenBank 数据库中的木薯 EST 数据库，得到
与其相似性较高的木薯 EST 序列。将搜索到的
EST 序列连同麻疯树 pepc 基因 cDNA 全长序列用
软 件 Vector NTI Suite 11.0 中 的 Assemble 进 行 组
装，去掉含有较多碱基差异的 EST 序列，用 Vector
NIT Suite 11.0 中的 Analysis 分析组装后的 cDNA
序列的开放阅读框，用木薯 EST 序列拼接出较完
整的 5′UTR 区域和 3′UTR 区域。根据 5′UTR 区域
和 3′UTR 区域序列设计两轮巢式 PCR 引物进行木
薯 pepc 基因全长 cDNA 序列克隆。
巢式引物序列设计　　第一轮引物：上游引
物为 5′-GTATAGCAAAGTAACAGGGC-3′；下游引
物 为 5′-AGCCTTCCATAAATACACAGC-3′。 第 二
轮 引 物：上 游 引 物 为 5′-CGCAACACAATCCTAT-
GGCT3-3′； 下游引物为 5′-CCAACGGGAATAAC-
ACACATCA-3′。根据快速 PCR 扩增聚合酶 Speed
STAR HS DNA Polymerase 手册进行两轮巢式 PCR
扩 增。 第 一 轮 PCR 扩 增 产 物 稀 释 100 倍 后，取
1 µL 作为第二轮扩增模板。
PCR 产物的克隆　　利用凝胶回收试剂盒回
第4期 371
收纯化 PCR 产物，连接至 pMD-19 载体，转化大肠
杆菌 DH5α 感受态细胞，通过氨苄青霉素 Amp 培
养基筛选阳性克隆并测序。
1.4 核苷酸、氨基酸生物信息学分析
蛋白质的基本性质预测等在 Vector NTI Suite
11.0 软件上进行，用软件 DNAman 进行同源性比
对，运用 NCBI 中保守功能域(CDD)搜索程序分析
结构功能域，在数据库 http://cn.expasy.org/prosite/
搜索蛋白质 Motif。
1.5 组织特异性表达分析
分 别 采 集 种 植 150 d 后 的 W14 和 Arg7 的
须根、块根、功能叶、茎等组织，并提取 RNA。采
用 TaKaRa 公司的 One-Step RT-PCR Kit 试剂盒。
pepc 基 因 表 达 分 析 引 物 为 pepc-F (5′-CGGAT-
CAACGGGAAGCAAGA-3′) 和 pepc-R (5′-GCAAG-
ATGAGTGGGTCCTCC-3′)。 内 参 选 择 18S rRNA
基因，引物为 18S-F (5′-ATGATAACACGACGGCT-
CGC-3′) 和 18S-F (5′-CTTGGATGTCGTAGCCGT-
TT-3′)；反应中的 RNA 用分光光度计定量 500 ng。
PCR 反应条件为：50℃ 30 min，94℃ 2 min，共 25
个循环(18S 基因)；94℃ 30 s，56℃ 30 s，72℃ 60 s，
共 28 个循环(pepc 基因)。
1.6 叶片中单日动态表达分析
在晴朗天气，从早 8∶00 至下午 18∶00 每隔 2 h
采样一次，共 6 次分别采集种植 150 d 后的 W14 和
Arg7 顶部完全展开叶( 共 12 份样)，并提取 RNA。
采 用 购 自 Fermentas 公 司 的 First Strand cDNA
Synthesis Kit (K1621) 试剂盒合成第一链 cDNA，采
用购自 TaKaRa 公司的 SYBR Premix Ex TaqTM 实
时定量 PCR 试剂盒(DRR041)进行定量分析。所用
实 时 定 量 PCR 仪 为 Rotor-Gene 6000。pepc 基 因
日动态表达分析引物与组织特异性表达分析引物
相同。内参选择木薯 Actin 基因，引物为 Action-F
(5′-CGATGGTCGTACAACTGGTAT-3′) 和 Actin-R
(5′-ATCCTCCAATCCAGACACTGT-3′)。PCR 反
应条件：95℃ 10 s，95℃ 5 s，56℃ 15 s，72℃ 15 s，
共 40 个循环。采用 2– △△ CT 法计算相对表达量，
CT 值即循环阈值，表示每一个反应管内的荧光信
号到达设定的阈值时所经历的循环数。将原始 CT
值 用 Rotor-Gene 6000 软 件 1.7 版 本 的 △△CT 法
转换成相对表达量，相对表达量 =2– △△CT, △△CT=
(△CT 待测样 – △CT 对照 ), △CT=CTpepc– CTActin。
2 结果和分析
2.1 pepc基因cDNA的克隆
利 用 RNA plant plus Reagent 获 得 较 完 整 的
W14 与 Arg7 叶片总 RNA，其 OD260/OD280 为 1.93,
电泳显示 28S rRNA 和 18S rRNA 都比较清晰明亮，
RNA 完整性较好。
第一轮巢式 PCR 扩增没有出现特异条带。分
别将 W14 和 Arg7 第一轮巢式 PCR 产物稀释 100
倍后，取 1 µL 作为第二轮巢式 PCR 的模板进行扩
增。结果在第二轮 PCR 扩增中均出现一条特异的
亮带，大小约为 3000 bp，与预测的长度基本一致，
分别回收得到的条带并克隆到 pMD19-Vector 后
测序。
2.2 PCR扩增片段测序与分析
通过比较多个测序结果 (W14 和 Arg7 各回收
6 个克隆)，证明来自 W14 和 Arg7 的片段长度均为
2945 bp，应 用 Vector NTI Suite 11.0 的 AlignX 与
其它物种进行比对 , 表明该片段是木薯 pepc 基因
的 cDNA 片段。应用 Vector NTI Suite 11.0 中 find
ORF 分 析，说 明 W14 与 Arg7 的 pepc cDNA 序 列
均包括 1 个 2895 bp 的开放阅读框，在起始密码子
前还有个 18 bp 的序列，证明获得的是木薯 W14 与
Arg7 的 pepc 基因的全长 cDNA 序列。将获得的
两个木薯 pepc 基因 cDNA 序列在 GenBank 中登
录，Arg7 和 W14 的 pepc 基因 cDNA 序列号分别
为 JN387052 和 JN387053。
2.3 木薯pepc基因编码的蛋白质特性及功能位点、
结构功能域确定
通过 Vector NTI Suite 11.0 软件推测出 W14 和
Arg7 的 pepc 基因编码的 PEPC 均含 964 个氨基酸，
通 过 DNAman 比 对 表 明，W14 和 Arg7 的 PEPC
氨基酸序列同源性高达 99%，仅存在 10 个不连续
的氨基酸差异。
利用 ExPASy 的 ProtParam 预测 W14 和 Arg7
的 PEPC 分 子 量 分 别 为 110.44 kD 和 110.36 kD，
酸性氨基酸分别占总氨基酸的 14.50% 和 14.61%，
碱性氨基酸分别占 13.37% 和 13.06%，理论等电
点分别为 5.95 和 6.16，稳定系数分别为 45.35 和
44.35，两 PEPC 单条肽链均属于不稳定蛋白。用
张杨等：木薯磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶基因全长cDNA克隆及表达分析
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DNAman 分析 W14 和 Arg7 PEPC 蛋白的二级结
构表明，两 PEPC 的蛋白质螺旋(α-helix, 379 AA）
均 占 39.27%，折 叠 片(pleated sheet, 99 AA) 均 占
10.26%，无 规 卷 曲 (Coil, 487 AA )均 占 50.47%，说
明木薯 PEPC 主要以无规卷曲为主，间或螺旋和折
叠。亲水性、疏水性以及跨膜蛋白分析、信号肽分
析表明，W14 和 Arg7 的 PEPC 没有跨膜区及信
号肽。
所有植物的 PEPC 氨基酸序列由 2 个区域构
成，1 个保守区域 (C 末端区)和 1 个可变区域(N
末端区)，C 末端有 100 个氨基酸总是保守不变的。
本文选择的其它物种 PEPC 氨基酸序列均具有多
个高度保守的区域，W14 和 Arg7 的 PEPC 氨基酸
序列在第 159~312 个氨基酸间仅有 12 个氨基酸与
其它物种略有差异，其它都是保守序列，另一处较
大的保守区在 745~789 个氨基酸间。除拟南芥外，
这 45 个氨基酸在这些物种间是共有的序列。
C 末端是高度保守的，来源不同的 PEPC 氨
基 酸 序 列 长 度 的 差 异 几 乎 都 是 由 在 N 末 端 或
内部区域中添加或缺失额外的氨基酸序列引起
的。高度保守的残基和基序可能与酶的活性位
点 和 调 控 有 关。 通 过 CDD 搜 索， W14 和 Arg7
的 PEPC 均在 34~964 氨基酸位点间存在一个典
型 的 大 Ppc 结 构 域(图 1)。 根 据 PROSITE 数 据
库分析表明，W14 和 Arg7 的 PEPC 氨基酸序列
含均有 2 个大的磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶活性
图 1　木薯 PEPC 蛋白的保守功能结构区域。*： 2 个大的磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶活性位点；▼： PS00004; ○： PS00006; ▽： PS00009; ◇：
PS00005; ★：PS00001; ☆： PS00008; △： PS00007。
Fig. 1 Conservative regions of cassava PEPC protein. *: Two mainly phosphoenolpyruvate carboxylase active sites; ▼： PS00004; ○： PS00006; ▽：
PS00009; ◇： PS00005; ★： PS00001; ☆： PS00008; △： PS00007.
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位点，且都是位于 168~179 氨基酸位点(PS00781,
VlTAHPTQsvRR)和 591~603 氨基酸位点(PS00393,
VMIGYSDSgKDAG)(图 1)。搜索蛋白质的 Motif，
W14 和 Arg7 的 PEPC 功 能 位 点 分 别 为 44 和 47
个(图 1)，均 可 分 为 7 种 模 式：依 赖 于 cAMP 和
cGMP 的蛋白激酶磷酸化位点(cAMP- and cGMP-
dependent protein kinase phosphorylation site,
PS00004) 2 个；酪蛋白激酶 II 磷酸化位点(Casein
kinase II phosphorylation site, PS00006)分 别 为 15
和 16 个；蛋白激酶 C 磷酸化位点(Protein kinase C
phosphorylation site, PS00005)分 别 为 14 和 15 个；
N 端 糖 基 化 位 点(N-glycosylation site, PS00001) 1
个；酰胺化位点 (Amidation site, PS00009)分别为 1
和 2 个；N 端十四烷酰化位点(N-myristoylation site,
PS00008) 8 个；酪 氨 酸 激 酶 磷 酸 化 位 点(Tyrosine
kinase phosphorylation site, PS00007) 3 个。
2.4 PEPC氨基酸序列同源性及系统进化分析
多重比对分析结果表明：Arg7 和 W14 的 PEPC
氨基酸序列与麻疯树的同源性最高，均达 95.00%；
其次是蓖麻，分别为 94.81% 与 94.72%；与拟南芥、
落 花 生 (Arachis hypogaea)、柑 橘 (Citrus sinensis)、
黄花菊(Flaveria trinervia)、橹豆(Glycine max)、陆地
棉 (Gossypium hirsutum)、白羽扇豆(Lupinus albus)、
玉米的分别为 88.56%、88.53，89.20%、88.90%，
91.61%、91.62%，86.11%、86.12%，91.81%、
91.71%，93.11%、92.80%，86.96%、86.97% 和
88.50%、88.10%。
对 PEPC 氨基酸序列进行系统进化分析结果
表明(图 2)，两种木薯的亲缘关系最近，最先聚类，
然后与大戟科的麻疯树、蓖麻和陆地棉聚在一起。
木薯的 PEPC 与柑橘以及 C4 植物玉米等热带起源
作物的 PEPC 呈现出进化的相似性；而落花生和白
羽扇豆的 PEPC 与木薯的 PEPC 进化关系较远。
此外，从图 3 还可看出，木薯 PEPC 与蓖麻和
麻风树的 PEPC1 最先聚合，与其它物种如拟南芥
的多个 pepc 基因家族成员编码的 PEPC1 的遗传距
离更近，可推测本研究克隆的两个木薯 pepc 基因
属于 pepc 基因家族编码 PEPC1 的类型。
一般来说，C4 型 PEPC 蛋白的 C 末端对应于
第 774 位或附近的氨基酸残基都为丝氨酸 (S)，而
所有 C3 型 PEPC 蛋白相应位置均为丙氨酸(A)。
本研究克隆得到的两种木薯 PEPC 蛋白在 C 末端
第 774 位氨基酸均是丙氨酸，表明本研究得到的两
图 2　PEPC 蛋白的系统进化树。拟南芥 PEPC1: NP_175738.1；PEPC2: NP_850373.4；PEPC3: NP_188112.1；落花生 PEPC: ACO48250.1；橹
豆 PEPC: AAS67006.1；陆地棉 PEPC1: AAB80714.1；麻风树 PEPC1: ABU41519.1；蓖麻 PEPC1: ABR29878.1；柑橘 PEPC: ABK54024.2；玉米
PEPC2: NP_001105438.1；白羽扇豆 PEPC3: AAU07998.1；PEPC4: AAU07999.1；黄花菊 PEPC: CAA81072.1。
Fig. 2 Phylogenetic tree of PEPC proteins. Arabidopsis thaliana PEPC1: NP_175738.1; PEPC2: NP_850373.4; PEPC3: NP_188112.1; Arachis
hypogaea PEPC: ACO48250.1; Glycine max PEPC: AAS67006.1; Gossypium hirsutum PEPC1: AAB80714.1; Jatropha curcas PEPC1: ABU41519.1;
Ricinus communis PEPC1: ABR29878.1; Citrus sinensis PEPC: ABK54024.2; Zea may PEPC2: NP_001105438.1; Lupinus albus PEPC3:
AAU07998.1; PEPC4: AAU07999.1; Flaveria trinervia PEPC: CAA81072.1.
张杨等：木薯磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶基因全长cDNA克隆及表达分析
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个木薯 PEPC 蛋白都属于 C3 型。
2.5 木薯pepc基因的表达
用 RT-PCR 的方法分析了 pepc 基因在木薯野
生种和栽培种不同组织中的表达谱。结果表明，
pepc 在 W14 和 Arg7 的须根、块根、叶中均有表达，
且在功能叶中的表达量最高，而在茎中的表达量较
少 (图 3)。
图 3　木薯 pepc 基因的表达。1~4. W14；1. 须根；2. 块根；3. 功能叶；
4. 茎；5~8. Arg7；5. 须根；6. 块根；7. 功能叶；8. 茎。
Fig. 3 Expression of pepc gene in cassava. 1–4. W14; 1. Fibrous root; 2.
Tuberous root; 3. Function leaf; 4. Stem; 5–8. Arg7; 5. Fibrous root; 6.
Tuberous root; 7. Function leaf; 8. Stem.
2.6 木薯pepc基因在叶片中的单日动态表达
用实时定量表达分析法，研究了温室生长条件
下 W14 和 Arg7 的 pepc 基因在功能叶的单日表达
情况，结果表明，W14 与 Arg7 的 pepc 基因表达存
在较大差异(图 4)。从上午 8∶00 到 14∶00，栽培
种 Arg7 中 pepc 基因的表达量明显高于 W14，尤其
是 8∶00。从下午 16∶00 到 18∶00，Arg7 的 pepc
基因表达量则低于 W14，但是最高表达水平出现在
Arg7 中。
时间 Time
图 4　木薯 pepc 实时定量表达分析
Fig. 4 Expression levels of pepc by real-time PCR in cassava
3 讨论
磷 酸 烯 醇 式 丙 酮 酸 羧 化 酶 是 植 物，尤 其 是
C4 植 物 光 合 作 用 过 程 的 关 键 酶，在 C3 植 物 中，
该 酶 为 三 羧 酸 循 环(Tricarboxylic acid cycle)补 充
四碳二羧酸水平起着回补反应的功能 [14]。菊科
(Asteraceae)黄菊属(Flaveria)植物是研究 C4 PEPC
进化的独特例子 , 黄菊属的一些物种分别含有
C3、C4 及 C3-C4 中 间 型 的 PEPC，研 究 表 明 C4 型
pepc 基因是由 C3 型 pepc 基因进化而来的
[15]。目
前，已有大量的研究证明应用 pepc 基因的超表达
可以显著提高 C3 植物如水稻
[16–17]、小麦(Triticum
aestivum)[18] 等经济作物的光合速率 , 最终提高作物
的产量。
麻 疯 树 pepc 基 因 cDNA 全 长 序 列 [19] 以 及
PEPC 在 C 末端的高度保守性为本研究 pepc 基因
的克隆提供了可靠的序列信息。本研究首次从木
薯野生种 W14 和栽培种 Arg7 中克隆得到了木薯
pepc 基因 cDNA 全长序列。它们的氨基酸序列在
进化树中最先与同为大戟科的蓖麻和麻疯树聚合 ,
遗传距离最近 , 然后才与锦葵科(Malvaceae)的落
地棉、豆科(Leguminosae)的落花生和白羽扇豆聚
合 , 与十字花科 (Cruciferae)的拟南芥距离较远 , 表
明 PEPC 在进化过程中既具有较强的保守性 , 又存
在不同的种属间的差异。
木薯叶片高光效的机制一直是木薯高淀粉率
研究的关键点。有研究证明木薯栽培种叶片具有
类似于 C4 类型植物叶片的维管束鞘细胞结构
[6]，并
且叶片中的 PEPC 活性明显高于野生型木薯 [6–7]。
本研究结果表明，木薯野生种和栽培种 pepc 基因
高度同源( 达 98%)，且编码的氨基酸序列仅存在
较小差异 (同源性达 99%)。W14 和 Arg7 功能叶
pepc 的单日动态表达存在明显差异(图 4)，该基因
在 W14 和 Arg7 的须根、块根、功能叶中均有较高
表达，在茎中表达量较低(图 3)，这可能是由基因的
表达调控差异造成的。因此，克隆木薯野生种 W14
和栽培种 Arg7 pepc 基因的表达调控区域——启动
子将是下一步的研究重点，以解释木薯野生种和栽
培种 pepc 基因表达差异的原因。
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