全 文 ：植物生理学报 Plant Physiology Journal 2015, 51 (6): 921~934 doi: 10.13592/j.cnki.ppj.2015.0025 921
收稿 2015-01-18 修定 2015-05-04
资助 国家自然科学基金(31301776)、农业部现代产业体系项目
(CARS-25-G-36)、农业科技成果转化资金项目(2013-GB2-
E000361)、广东省对外科技合作项目(2013B050800012)、
广东省省级科技计划项目(2014A020208044)、广东省科
技厅条件建设项目(粤财教[2013]112号)和广东省农科院
院长基金项目(201303)。
* 通讯作者(E-mail: tianxing84@163.com, Tel: 020-38469456;
E-mail: msmwdw@163.com, Tel: 020-32742408)。
番茄根特异基因的表达分析
冯婵莹1,2,3, 李涛2,3,*, 黎振兴2, 李植良2, 徐小万2,3, 丁丽雪1,2,3, 王永飞1,*
1暨南大学生命科学技术学院, 广州510532; 2广东省农业科学院蔬菜研究所, 广州510640; 3广东省蔬菜新技术研究重点实验
室, 广州510640
摘要: 根特异表达基因与根的生长发育及功能密切相关。本研究以根特异表达基因Solyc02g084780的表达模式为模板, 在
番茄表达谱中筛选获得95个根特异表达基因; 在拟南芥和水稻中通过同源比对分别得到93和95个直系同源基因。对3个物
种的根特异表达基因的表达模式开展研究, 结果表明直系同源基因的表达变异与进化关系相关。根特异表达基因的启动
子分析结果表明, 基因的表达模式与启动子中调控元件的特性有关; 并对番茄8个根特异表达基因进行RT-PCR验证。
关键词: 番茄; 根; 特异表达基因; 启动子分析
Expression Analysis of Root-Specific Genes in Tomato
FENG Chan-Ying1,2,3, LI Tao2,3,*, LI Zhen-Xing2, LI Zhi-Liang2, XU Xiao-Wan2,3, DING Li-Xue1,2,3, WANG Yong-Fei1,*
1Department of Biotechnology, Jinan University, Guangzhou 510632, China; 2Vegetable Research Institute, Guangdong Academy
of Agricultural Sciences, Guangzhou 510640, China; 3Guangdong Key Laboratory for New Technology Research of Vegetables,
Guangzhou 510640, China
Abstract: There is a close relation between root-specific gene expression and root development and functions.
Using the expression pattern of Solyc02g084780 as a model, 95 root-specific genes had been found in tomato
expression profile data. By homologous comparison, 93 and 95 orthologous homologous genes were found in
Arabidopsis thaliana and rice, respectively. After comparing the expression pattern of orthologous homologous
genes among these plants, the results showed that the expression pattern was different, and the expression pat-
tern variation was similar in closer species while it’s greater in further species. The promoter analysis indicated
that the difference of genes expression pattern was due to the characters of cis-elements in promoters, which
was further proved by RT-PCR results of 8 randomly selected genes.
Key words: tomato (Solanum lycopersicum); root; specifically-expressed genes; promoter analysis
植物根系具有固定植株、吸收水分与营养、
合成植物激素和必需物质、参与生物与非生物胁
迫应答等功能(Kapulnik和Koltai 2014)。根系发育
起始于初生根的形成, 进而产生一级和高级侧根;
不同类型的根系结构基本相同(Wysocka-diller等
2000)。虽然根的结构比较简单, 但根系的形成与
发育具有非常复杂的调控机制, 从而决定植物在
不同环境条件下的适应和生存能力。前人在模式
植物拟南芥根发育调控基因研究中发现 , 初生
根、侧根和不定根的形成受到不同遗传途径的调
控(Benkova和Hejatko 2009)。拟南芥的初生根是
由根尖分生组织(包括静止中心及其周围的干细
胞)经过不断的分裂、生长和分化形成的(Stahl和
Simon 2009)。植物根尖分生组织发育的调控主要
受PLT途径和SHR/SCR途径调节。PLT编码AP2型
的转录因子促使根尖形成干细胞微环境, 过量表
达PLT基因促进根系分生组织的起始, 且PLT1和
PLT2存在功能冗余, 若二者突变则失去静止中心
特性, 从而导致根尖分生组织瓦解(Aida等2004;
Galinha等2007)。同时, SCR、SHR、MGP和JKD
等基因也参与调控根分生组织纵向模式和辐射模
式建成(Benkova和Hejatko 2009)。遗传学研究表
明, SHR位于SCR的上游, SHR在中柱内表达, 其表
达产物转移到了相邻细胞层, 与SCR相互作用一起
调控根细胞的不对称分裂和辐射模式的形成; 而
转录因子JKD和MGP通过限制SHR和SCR作用的
植物生理学报922
区域, 形成一种精细的反馈调节机制(Nakajima等
2001; Cui等2007)。SHR/SCR途径和PLT途径也是
通过与各种激素信号通路紧密联系共同调控根的
分生组织, 如生长素、细胞分裂素、乙烯和赤霉
素都参与调节根的增殖、膨大和分化, 其中生长
素和细胞分裂素信号的互作在维持根分生组织中
具有重要作用(Stahl和Simon 2009)。
根据主根与侧根的关系, 可将植物根系划分
为直根系和须根系两大类。大部分单子叶植物如
水稻和小麦为须根系; 大部分双子叶植物为直根
系如拟南芥(刘大同等2013)。番茄是世界上重要
的经济作物和模式植物之一(李艳军等2014), 其为
直根系, 且由主根和侧根组成。由于拟南芥的根
系解剖结构简单, 且容易获得大量突变体(刘大同
等2013), 早期对双子叶植物根系发生机理的认识
大多是从拟南芥上获得的, 而对番茄根的研究较
少。Lin等(2005)首次对番茄根特异表达的基因开
展研究, 发现番茄富含甘氨酸的蛋白(glycine-rich
protein, GRP)基因家族, 并将其命名为LeGRPs (Ly-
copersiconesculentum GRPs); Northern杂交分析发
现该家族的基因主要在番茄的根中特异表达; 通
过比较LeGRP在番茄不同发育阶段不同组织中的
表达量, 发现LeGRPs基因家族在番茄幼根早期发
育的过程中起重要作用。随后有学者对番茄组织
特异表达基因进行筛选, 并得到了3个根特异表达
基因, 但其并未对3个根特异表达基因与根发育的
关系进行阐释(Lim等2012)。后续少见关于更多的
番茄根中特异表达基因及其与番茄根系发育关系
的研究。随着番茄全基因组测序的完成(The To-
mato Genome Consortium 2012)及分子生物学研究
体系的建立, 以及基因芯片等高通量转录组技术
在番茄中的应用, 使得这一研究成为可能。
因此, 本研究以番茄为材料, 筛选出了95个根
特异表达基因, 并随机抽取了8个基因进行RT-PCR
检测。通过同源比对, 检索拟南芥和水稻中的直
系同源基因, 并进一步对其在3个物种中的表达模
式进行比较, 发现其表达模式存在差异, 且与进化
关系的远近有关。进一步对筛选出的番茄根特异
表达基因进行启动子分析, 发现基因的表达模式与
启动子中调控元件的特性有关。结果将为揭示番
茄根的发生、分化、发育和功能机制及茄科植物
的遗传改良提供理论参考。
材料与方法
1 相关数据库
番茄(Solanum lycopersicum L.)根特异表达基
因的表达量、名称、氨基酸序列和染色体定位图
信息来源于番茄基因组网站(http://solgenomics.net/)。
拟南芥基因名称和表达量来源于数据库TAIR (http://
www.arabidopsis.org/)。水稻的基因名称和表达量
来源于数据库Rice Genome Annotation Project (http://
rice.plantbiology.msu.edu/index.shtml)。启动子
分析在PLACE网站(http://www.dna.affrc.go.jp/
PLACE/)进行。
2 方法
2.1 番茄根特异基因的筛选
Lim等(2012)已经证实基因Solyc02g084780 (在
番茄基因组网站上EST编号为E210745)为番茄根
中的特异表达基因。本研究以Solyc02g084780基
因的表达模式为模板, 在番茄表达谱网站上找出在
根中大量表达或特异表达的基因, 并下载所有这些
基因在各器官中的表达量, 然后通过下列方程对所
有基因的表达量进行分析(Wei等2010; Li等2007):
Ratio=X/Max(Xi)
Z=(X–μ)/SD
式中, X表示基因在根组织中的表达量, Xi表
示基因在其它组织中表达量; μ表示基因在除根组
织以外各组织中表达量的平均值, SD表示基因在
所有组织中表达量的标准差。然后筛选出Ratio值
大于10且Z值大于3的基因。
2.2 拟南芥和水稻中直系同源基因的筛选和表达
分析
以番茄中筛选出的根特异表达基因编码的氨
基酸序列为检索序列, 分别在TAIR和Rice Genome
Annotation Project网站上进行BlastP搜索, 得到这
类基因在拟南芥和水稻中的直系同源基因, 然后
进一步确定这些基因在各组织中的表达量, 再绘
制出热能图。
2.3 番茄中根特异表达基因的直系同源基因的表
达分析
从番茄中筛选到的根特异表达基因中随机抽
取6个基因进行具体的表达量分析。随机抽取到
的6个基因为Solyc05g007110、Solyc08g077010、
Solyc02g071070、Solyc06g065430、Solyc10g055230
冯婵莹等: 番茄根特异基因的表达分析 923
和Solyc04g007760。然后将其表达量与其在拟南
芥和水稻中的直系同源基因的表达量进行比较。
因为不同植物表达谱的测定方法不同, 故将绝对
表达量换算为相对表达量。定义基因在根组织中
的相对表达量为1, 其它组织中绝对表达量与根组
织中绝对表达量之比为该组织的相对表达量。
2.4 番茄根特异基因表达分析
从筛选出的根特异表达基因中选取8个基因进
行RT-PCR分析。以番茄‘Heinz 1706’为材料, 分别
提取其根、茎、叶、花以及果实中的总RNA, 并按
照Takara反转录试剂盒合成cDNA, 然后以按照各基
因序列合成的特异引物(表1)进行RT-PCR反应。
表1 RT-PCR的引物序列
Table 1 Primers sequences for RT-PCR
基因名称 基因描述 引物序列 产物大小/bp
Solyc03g113570 类萌发素蛋白(GLPs) 5 CTATTCGCGTGACGTTCTT 3 653
5 GTTTATGGCACCAAGTTTTG 3
Solyc07g055350 细胞色素P450 5 GGTTGAGAGATCACACGAGA 3 700
5 TAAGACCGCTGGTAATGAGA 3
Solyc04g078270 细胞色素P450 5 TACAAAATCTTCCCCCTAGC 3 700
5 TGCTCGTCTATTTCCTTTTG 3
Solyc03g113580 类萌发素蛋白(GLPs) 5 GTGTGACGTTCTTGTTGGTT 3 601
5 TCAACTTGGAAGGCCTTAGT 3
Solyc02g032030 抗病响应蛋白 5 GGAGAAATTTTTGTTGTTTGC 3 564
5 TGCAAAATCACAACATGGTA 3
Solyc06g060500 AT-hook 蛋白 5 TGGATGATGAAGGAGAGATG 3 630
5 CTTCATGAGGTAATTGCATTG 3
Solyc06g005470 金属硫蛋白 5 GTGGAGGAAGCTGTAATTGG 3 239
5 AGTGGAAGCACTTCAACAGT 3
Solyc04g008150 NBS-LRR类抗病蛋白 5 GAAAGAAAATGCATTCATGG 3 307
5 GAATTTGCCACTTTCTGGAT 3
2.5 番茄根特异表达基因的启动子分析
用PLACE网站对番茄的根特异表达基因起始
密码子上游2 000 bp的序列进行分析, 得到其所具
有的启动子元件, 并分析这些元件的特性。同时
应用此方法对方法2.3节中抽取到的6个番茄根特
异表达基因的直系同源基因进行启动子分析。
2.6 番茄根特异表达基因的染色体定位
根据番茄基因组数据库上基因的染色体定位
信息, 应用AutoCAD软件作出基因的染色体定位
图, 并用Photoshop对图片进行处理。
实验结果
1 不同器官Solyc02g084780基因的表达分析
Lim等(2012)报道Solyc02g084780、Solyc05-
g007110以及Solyc02g082090 (在番茄基因组网站
上EST编号分别为E210745、E543254和E542814)
为番茄根中的特异表达基因, 对番茄这三个根特
异表达基因进行表达量分析(基因表达量来源于番
茄基因组网站http://solgenomics.net/)。由表2分析
得出, 在Lim等(2012)报道的3个基因中, Solyc02-
g084780基因在根中的相对表达量最高, 为66.295,
因此选取Solyc02g084780基因的表达模式为模板。
基因Solyc02g084780在花器官中的表达量仅次于
根中的, 为0.385, 其根中的表达量约为花器官中表
达量的172倍。这表明Solyc02g084780在根中是大
量且特异表达的。
表2 Solyc02g084780、Solyc05g007110和Solyc02g082090
在番茄不同器官中的表达量
Table 2 Expression of Solyc02g084780, Solyc05g007110 and
Solyc02g082090 gene in different tomato organs
基因
相对表达量
根 芽 花器官 叶 果实
Solyc05g007110 7.540 0 0 0.020 0
Solyc02g082090 23.720 0 0 0.080 0
Solyc02g084780 66.295 0 0.385 0 0.055
植物生理学报924
表3 番茄根特异基因各器官中表达量、Ratio和Z值
Table 3 Expression of tomato root-specific genes in different organs and their Ratio values and Z values
相对表达量
基因
根 芽 花器官 叶 果实
Ratio值 Z值
Solyc00g072400 766.880 0 0 0.040 0 17 041.778 3.162
Solyc05g046010 460.525 0.035 0 0.040 0 9 210.500 3.162
Solyc03g096420 2 067.570 0 0.230 0.230 0.280 7 384.179 3.162
Solyc08g065670 186.705 0 0 0 0 5 334.429 3.162
Solyc04g007050 74.270 0 0 0.015 0 4 951.333 3.162
Solyc02g071070 75.130 0.015 0.020 0 0 3 756.500 3.162
Solyc03g096410 1 192.125 0 0.335 0.320 0 3 358.099 3.162
Solyc11g006090 300.930 0.110 0 0 0.075 2 735.727 3.162
Solyc04g025750 92.490 0.035 0 0 0 2 642.571 3.162
Solyc06g074990 468.295 0.055 0.155 0.185 0.040 2 401.513 3.162
Solyc04g007750 116.705 0.050 0 0 0 2 334.100 3.162
Solyc05g005850 63.505 0.030 0 0 0 2 116.833 3.162
Solyc01g102380 114.475 0.050 0 0.055 0 2 081.364 3.162
Solyc01g090610 648.165 0.320 0 0 0 2 025.516 3.162
Solyc07g052530 79.400 0.035 0 0 0 1 985.000 3.162
Solyc08g075830 87.295 0.040 0.045 0 0 1 939.889 3.162
Solyc11g072200 138.685 0.080 0.050 0 0.055 1 733.563 3.162
Solyc01g108860 1 344.595 0.465 0.070 0.035 0.125 1 610.293 3.162
Solyc04g015220 46.375 0.015 0 0 0 1 545.833 3.162
Solyc02g082960 123.780 0.090 0 0.050 0 1 375.333 3.162
Solyc05g005840 46.150 0.035 0 0 0 1 318.571 3.162
Solyc04g071080 44.935 0 0.035 0.035 0 1 283.857 3.162
Solyc10g076220 216.445 0 0 0.150 0.185 1 169.973 3.162
Solyc03g005640 40.545 0 0 0.035 0 1 158.429 3.162
Solyc03g091000 168.610 0 0.150 0 0 1 124.067 3.162
Solyc05g055320 36.410 0.035 0 0 0 1 040.286 3.162
Solyc10g076210 184.025 0 0 0.050 0.185 994.730 3.162
Solyc08g065500 57.370 0 0 0 0.060 956.167 3.162
Solyc07g052540 66.745 0.070 0.040 0 0 953.500 3.162
Solyc12g098780 156.930 0.130 0 0 0 951.091 3.162
Solyc03g007570 66.170 0 0.070 0 0 945.286 3.162
Solyc07g009040 91.360 0 0 0 0 913.600 3.162
Solyc02g091590 35.500 0 0.030 0 0.040 887.500 3.162
Solyc06g051550 56.620 0.070 0 0 0 808.858 3.162
Solyc03g096430 617.375 0 0.765 0 0.300 807.026 3.162
Solyc11g007210 39.970 0 0 0.050 0 799.400 3.162
Solyc05g015300 129.140 0 0.165 0.040 0 782.667 3.162
Solyc06g067860 152.430 0.035 0 0.195 0 781.692 3.162
Solyc07g009230 868.765 0.420 1.180 0.855 0.235 736.242 3.162
Solyc04g007760 151.525 0 0 0.050 0.065 704.767 3.162
Solyc05g011940 78.745 0.050 0 0 0 656.208 3.162
Solyc01g102900 84.420 0.085 0.050 0.140 0 603.000 3.162
Solyc07g055350 33.725 0 0 0.060 0 562.083 3.162
2 番茄根特异表达基因的筛选
本研究最终筛选出95个根特异表达基因, 其
在根中的表达量分布于0.69~2 067.57之间, 说明
尽管同属根特异表达基因, 不同基因间的表达量
还是存在很大差异(表3)。其中, Ratio值最大的为
17 042, 最小的为12 (图1), 表明这些基因在根中的
表达量高于其它组织的表达量至少11倍, 基本上在
根中都是特异表达的。
3 拟南芥和水稻中直系同源基因的筛选和表达分析
以番茄的95个根特异表达基因的氨基酸序列
冯婵莹等: 番茄根特异基因的表达分析 925
Solyc06g060500 38.525 0 0 0.075 0 513.667 3.162
Solyc03g113580 179.485 0.395 0.230 0.295 0 454.392 3.162
Solyc09g092410 11.150 0.025 0 0 0 446.000 3.162
Solyc08g077010 19.780 0 0 0 0 439.556 3.162
Solyc02g032030 67.900 0.075 0 0 0 424.375 3.162
Solyc09g005500 38.525 0.055 0 0 0.075 405.526 3.162
Solyc10g008900 22.640 0.060 0 0 0 377.333 3.162
Solyc05g007110 7.540 0 0 0.020 0 377.000 3.162
Solyc05g054780 82.440 0 0.225 0 0 366.400 3.162
Solyc06g075630 61.295 0.100 0.080 0.075 0.180 340.528 3.162
Solyc02g082090 23.720 0 0 0.080 0 296.500 3.162
Solyc08g080660 1 818.280 0.230 0 0.520 0.555 244.557 3.162
Solyc08g079720 21.225 0 0.105 0 0 202.143 3.162
Solyc03g079880 849.150 1.930 2.325 1.050 4.825 175.990 3.162
Solyc02g084780 66.295 0 0.385 0 0 172.195 3.162
Solyc05g051210 6.940 0 0 0 0 154.222 3.162
Solyc01g091470 88.305 0.060 0.615 0.100 0.080 143.585 3.162
Solyc04g008150 55.690 0 0 0.445 0 125.146 3.162
Solyc01g102910 82.295 0.660 0.050 0.050 0.060 124.689 3.162
Solyc01g080960 42.800 0.375 0.245 0 0 114.133 3.162
Solyc06g007960 36.870 0.330 0.115 0.300 0.180 111.727 3.162
Solyc05g007640 35.800 0.055 0.065 0.020 0.345 95.467 3.162
Solyc10g055230 99.250 1.085 0.365 0.265 0.325 91.475 3.162
Solyc05g050790 6.285 0.075 0 0 0 83.800 3.162
Solyc04g077260 10.395 0.040 0.050 0.100 0 83.160 3.162
Solyc10g007960 51.815 0 0.205 0.035 0.645 80.333 3.162
Solyc06g005470 1 377.88 0.495 0.580 0.565 3.820 76.741 3.162
Solyc08g065380 6.845 0.090 0.050 0 0.060 76.056 3.162
Solyc09g074890 417.985 3.375 5.635 1.370 1.340 74.177 3.162
Solyc01g008650 15.685 0.050 0.230 0 0 68.196 3.162
Solyc10g084120 411.050 0.460 0.835 0.170 0.280 65.091 3.162
Solyc04g078270 25.540 0.090 0.505 0.230 0.030 50.574 3.162
Solyc06g065430 47.355 1.030 0 0 0 45.976 3.162
Solyc08g067500 379.115 8.810 0.545 3.155 6.080 43.032 3.161
Solyc10g018150 9.525 0 0.225 0.030 0.040 42.333 3.161
Solyc04g005170 10.400 0.225 0.265 0 0 39.245 3.161
Solyc03g111880 19.645 0.510 0 0 0 38.520 3.161
Solyc01g073800 21.995 0 0 0 0 36.057 3.161
Solyc03g033730 91.795 0 0 0 0.685 35.374 3.161
Solyc06g074320 90.450 2.755 0 0.080 0.030 32.831 3.161
Solyc10g007890 2.430 0.075 0 0 0 32.400 3.161
Solyc09g014530 163.900 7.565 0.315 2.220 3.755 21.666 3.159
Solyc05g021390 71.025 3.380 0.310 0 0.035 21.013 3.159
Solyc06g082730 7.150 0.345 0 0 0.035 20.725 3.159
Solyc12g005720 54.305 0.180 0.630 1.960 2.225 18.662 3.155
Solyc04g056310 1.380 0 0.045 0.080 0 17.250 3.156
Solyc05g011970 408.670 7.845 7.115 2.305 2.480 15.874 3.157
Solyc08g074300 0.690 0.040 0 0.045 0 15.333 3.150
Solyc01g107790 10.825 0.105 0.040 0.120 0.240 12.514 3.153
Solyc01g079370 4.060 0.100 0.060 0.225 0.070 18.044 3.158
Solyc03g123400 21.745 0 0.090 0.630 0.150 34.516 3.161
Solyc06g061200 2 085.705 118.310 99.220 13.220 163.465 12.760 3.140
表3 (续)
相对表达量
基因
根 芽 花器官 叶 果实
Ratio值 Z值
植物生理学报926
为检索序列, 进行BlastP搜索, 最终在拟南芥和水
稻中分别得到了93 (有2个基因由于同源性极低而
没显示出来, 用NA表示)和95个直系同源基因(表
4)。在拟南芥和水稻中的直系同源基因与番茄中
表4 番茄95个根特异表达基因在拟南芥和水稻中的直系同源基因
Table 4 Orthologs of 95 root-specific tomato genes in Arabidopsis and rice
番茄 拟南芥 E-value 水稻 E-value 基因家族
Solyc08g077010 AT4G17800.1 2.00e-56 Os04g50030.1 1.10e-80 AT-hook蛋白
Solyc01g080960 AT2G35270.1 4.00e-59 Os04g50030.1 1.60e-79
Solyc11g006090 AT3G04570 9.00e-67 Os02g57520.1 2.00e-79
Solyc08g079720 AT2G45430.1 1.00e-56 Os02g25020.1 4.10e-88
Solyc01g091470 NA NA Os02g25020.1 7.90e-85
Solyc06g060500 AT2G45430.1 5.00e-56 Os02g25020.1 3.60e-73
Solyc05g015300 AT5G25610.1 2.00e-46 Os01g53240.1 2.20e-50 BURP蛋白
Solyc03g033730 AT4G34590.1 4.00e-28 Os02g03960.1 9.60e-25 bZIP转录因子
Solyc06g074320 AT1G08320.3 e-137 Os01g64020.1 1.50e-120
Solyc04g005170 AT3G30530.1 8.00e-37 Os02g49560.1 1.40e-23
Solyc02g071070 AT5G41610.1 0 Os05g19500.1 1.40e-254 阳离子转运蛋白
Solyc04g007050 AT3G46530.1 2.00e-45 Os12g29290.1 6.30e-46 CC-NBS-LRR抗病蛋白
Solyc05g007640 AT1G50180.1 2.00e-49 Os07g08890.1 3.60e-56
Solyc01g073800 AT2G44380.1 2.00e-31 Os07g42030.1 6.50e-19 CHP-rich 锌指蛋白
Solyc03g091000 AT4G12510.1 2.00e-26 Os10g40614.1 1.70e-29 皮质细胞轮廓蛋白(CCD)
Solyc12g005720 AT3G22060.1 1.00e-65 Os05g41370.1 1.70e-36 富半胱氨酸类受体激酶(CRK)
Solyc07g055350 AT3G14690.1 e-176 Os01g43710.1 5.80e-153 细胞色素P450
Solyc05g011940 AT2G46960.2 e-100 Os01g43740.1 9.30e-98
Solyc04g078270 AT4G37320.1 e-133 Os03g55240.1 3.20e-113
Solyc01g008650 AT5G25120.1 e-101 Os09g10340.1 1.70e-123
Solyc06g065430 AT5G36110.1 e-119 Os07g33580.1 1.60e-77
Solyc10g018150 AT2G42250.1 e-117 Os12g16720.1 3.90e-67
Solyc03g111880 AT3G48310.1 e-141 Os01g12760.1 7.30e-114
Solyc05g011970 AT2G26710.1 1.00e-99 Os01g43750.1 1.90e-97
Solyc05g021390 AT5G36110.1 e-170 Os07g33580.1 5.40e-86
Solyc06g082730 AT5G24910.1 e-140 Os12g02640.1 1.90e-145
Solyc10g007890 AT3G14690.1 e-160 Os01g43710.1 2.00e-143
Solyc06g075630 AT1G07730.2 7.00e-72 Os03g17220.1 9.50e-73 dirigent-like protein (DIR)
Solyc10g008900 AT1G58170.1 3.00e-39 Os11g07690.1 8.50e-33 抗病响应蛋白
Solyc02g032030 AT2G21100.1 1.00e-42 Os11g07770.1 2.40e-35
Solyc10g055230 AT1G55210.2 2.00e-42 Os11g07830.1 2.70e-36
Solyc05g054780 AT2G39430.1 8.00e-61 Os03g17220.1 7.30e-66
Solyc02g082960 AT3G12500.1 5.00e-92 Os05g33130.1 3.90e-92 内切几丁质酶(ech)
Solyc05g050790 AT2G44840.1 3.00e-30 Os04g46240.1 2.00e-24 ERF转录因子
Solyc01g102380 AT1G09560.1 3.00e-74 Os05g19670.1 2.90e-71 类萌发素蛋白(GLPs)
Solyc03g113580 AT1G18980.1 1.00e-67 Os01g18170.1 2.50e-56
Solyc01g102910 AT5G39110.1 2.00e-80 Os02g29000.1 2.80e-73
Solyc01g102900 AT5G39190.1 4.00e-81 Os02g29000.1 1.20e-74
Solyc01g079370 NA NA Os11g14470.1 1.5 GRAs蛋白
Solyc03g123400 AT3G13840.1 e-116 Os03g29480.1 1e-100
Solyc06g061200 AT5G46730.1 1.60 Os10g31440.1 1.0 富甘氨酸蛋白(GRP)
Solyc01g107790 AT4G06744.1 e-106 Os04g57430.1 3.90e-92 类受体激酶(LRR)
Solyc04g007750 AT1G70840 1.00e-23 Os04g39150.1 2.80e-09 乳胶类蛋白
Solyc04g007760 AT1G70890.1 3.00e-24 Os04g39150.1 7.30e-11
的相似性并非预期中的高(E值较大), 这可能是进
化距离以及这三种植物根系生长环境差异较大而
导致直系同源基因变异较多造成的。但仍存在有
相似性极高的基因, 甚至在蛋白质水平上无差异(E
冯婵莹等: 番茄根特异基因的表达分析 927
Solyc09g005500 AT1G70830.3 3.00e-31 Os04g39150.1 1.20e-12
Solyc09g014530 AT5G28010.1 3.00e-28 Os04g39150.1 5.70e-11
Solyc06g005470 AT5G02380.1 0.95 Os01g05650.1 8.10e-12 金属硫蛋白
Solyc04g056310 AT1G34670.1 1.00e-77 Os08g37970.1 8.40e-75 MYB转录因子
Solyc04g077260 AT3G49690.1 1.00e-63 Os03g56090.1 7.40e-71
Solyc08g065380 AT5G56840.1 1.00e-37 Os01g41900.1 4.10e-45
Solyc08g074300 AT2G24430.2 1.00e-74 Os09g32260.1 4.70e-71 NAC转录因子
Solyc04g008150 AT5G35450.1 2.00e-05 Os01g70080.1 0.002 类抗病基因(NBS-LRR)
Solyc04g015220 AT1G59218.2 3.00e-48 Os10g10360.4 1.20e-52
Solyc06g074990 AT5G60770.1 0 Os02g02170.1 3.50e-185 硝酸盐转运蛋白(NRT)
Solyc04g025750 AT1G70260.1 7.00e-81 Os01g02870.1 2.10e-43 Nodulin MtN21蛋白
Solyc05g005840 AT3G28050.1 2.00e-61 Os07g34070.1 1.80e-48
Solyc05g005850 AT3G28050.1 6.00e-44 Os01g02870.1 1.60e-47 Nodulin-like蛋白
Solyc08g067500 AT3G08770.1 3.00e-19 Os11g02369.1 2.00e-24 非特异性脂质转运蛋白(LTP)
Solyc06g007960 AT5G54160.1 8.00e-89 Os08g06100.1 1.40e-69 氧甲基转移酶
Solyc08g080660 AT4G11650.1 7.00e-83 Os03g46070.1 4.90e-69 渗透相似蛋白(OSM)
Solyc02g084780 AT5G66390 e-130 Os01g15830.1 1.40e-119 过氧化物氧化蛋白(PRX)
Solyc07g052530 AT1G05260.1 e-135 Os06g46799.1 8.10e-99
Solyc07g052540 AT1G05260.1 e-135 Os06g46799.1 5.00e-99
Solyc05g046010 AT1G05260.1 e-118 Os06g46799.1 8.80e-102
Solyc02g082090 AT1G30870 2.0e-94 Os07g31610.1 3.90e-76
Solyc00g072400 AT5G05340.1 2.00e-96 Os03g22020.1 4.50e-98
Solyc10g076220 AT5G05340.1 4.00e-88 Os04g55740.1 2.90e-94
Solyc10g076210 AT5G05340.1 3.00e-90 Os04g55740.1 2.10e-93
Solyc11g007210 AT4G11290.1 5.00e-68 Os01g22370.1 1.60e-77
Solyc05g055320 AT1G44970.1 4.00e-71 Os05g04490.1 1.90e-76
Solyc08g075830 AT3G01190.1 e-113 Os11g43980.1 2.60e-93
Solyc12g098780 AT3G09925.1 4.00e-04 Os11g43640.1 1.40e-74
Solyc08g065670 AT5G26010.1 3.00e-74 Os02g13100.1 9.50e-74 雌蕊伸展相关蛋白(PELP)
Solyc09g074890 AT4G15800.1 5.00e-30 Os12g35670.1 4.30e-22 Protein phosphatase-2C蛋白
Solyc02g091590 AT2G29000.1 7.00e-89 Os07g38070.1 5.50e-148 快速碱化因子(RALF)
Solyc09g092410 AT5G36930.2 e-155 Os08g43000.1 6.40e-29 受体激酶
Solyc06g051550 AT2G28160.1 1.00e-59 Os04g31290.1 4.70e-31 类抗病蛋白(Tir-NBS-LRR)
Solyc05g007110 AT5G15130 8.0e-48 Os01g09080.1 1.80e-60 转录因子(TF)
Solyc03g096420 AT4G11400.1 4.10 Os12g27025.1 0.035 WRKY转录因子
Solyc03g096410 AT4G11400.1 3.50 Os12g27025.1 0.035 未知
Solyc07g009230 AT5G44430.1 2.00e-04 Os04g44130.1 4.80e-07
Solyc03g096430 NA NA Os02g18830.1 0.096
Solyc03g005640 AT3G50150.1 3.00e-11 Os11g34090.1 1.90e-09
Solyc04g071080 AT4G33650.2 2.60 Os03g14615.1 3.30e-57
Solyc07g009040 AT1G19610.1 0.019 Os01g61360.1 2.40e-05
Solyc01g108860 AT3G19000.1 e-101 Os03g42130.1 1.10e-89
Solyc11g072200 AT5G24530.1 1.00e-47 Os07g07410.2 3.70e-54
Solyc01g090610 AT1G52800.1 3.00e-79 Os05g50090.1 4.40e-38
Solyc06g067860 AT1G52800.1 5.00e-86 Os05g50090.1 1.40e-48
Solyc10g007960 AT5G42650.1 e-130 Os03g12500.1 7.20e-123
Solyc10g084120 AT3G53420.2 e-130 Os02g41860.2 3.20e-120
Solyc08g065500 AT4G32950.1 1.00e-77 Os02g13100.1 2.80e-76
Solyc03g007570 AT5G52790.1 e-114 Os03g03430.1 2.60e-113
Solyc05g051210 AT3G05390.1 3.00e-78 Os04g36710.1 3.90e-99
Solyc03g079880 AT3G53980.2 3.00e-36 Os05g06780.1 1.50e-33
NA表示相似性极低。
表4 (续)
番茄 拟南芥 E-value 水稻 E-value 基因家族
植物生理学报928
值为0), 但这类在蛋白质水平上差异极小或甚至无
异(E值很低甚至为0)的直系同源基因只存在于同
属双子叶植物的拟南芥中。分析结果表明, 这类
基因在进化过程中大多发生了较大的变异, 且在
不同植物中的变异程度不同, 进化关系近的植物
比进化关系远的植物变异程度更低。
本文按照番茄中95个根特异表达基因的功能
对其进行了基因家族的分类。这类基因并不只是
从属于一个或两个基因家族, 而是分属于多个不
同的基因家族(表4), 其中主要分属于P450、PRX、
AT-hook、BZIP以及MYB等多个基因家族, 表明这
类基因编码的蛋白质具有多种不同的功能。进一
步对拟南芥的直系同源基因进行GO分析, 也得到
了相同的结果(表5)。这类基因存在于多个细胞元
件中, 具有多种不同的功能, 参与多个不同的生化
过程, 并不具备明显的偏好性。
4 番茄根特异表达基因直系同源基因的表达分析
为了从基因个体上阐明这类基因在不同植物
中的表达模式, 本研究随机选取了番茄Solyc05g-
007110、Solyc08g077010、Solyc02g071070、Soly-
c06g065430、Solyc10g055230和Solyc04g007760六
个根特异表达基因, 然后将其表达量与拟南芥和
水稻中的直系同源基因进行比较。图2显示, 在拟
南芥中, 只有Solyc05g007110和Solyc08g077010两
个基因的直系同源基因在根中是特异表达的(所
有组织中的相对表达量均<0.1)。与其它组织相比
较, 这六个基因在水稻中的直系同源基因在根中
的表达量基本上都是最多的(Solyc04g007760的除
外), 但其它组织的相对表达量仍高达0.6甚至是
0.8, 故都不是特异表达。说明就这六个基因而
言, 在进化过程中拟南芥的直系同源基因的表达
模式已发生了变异, 在水稻中则发生了更明显的
变异。
5 番茄、拟南芥以及水稻相关基因的表达分析
本研究通过对拟南芥及水稻中的直系同源基
表5 拟南芥中相关基因功能的GO分析
Table 5 GO analysis of homologous genes in Arabidopsis
根特异基因占相关 根特异基因占相关 根特异基因占相关
细胞元件
基因的百分数/%
分子功能
基因的百分数/%
生化过程
基因的百分数/%
细胞外基质 22 其它结合 31 其它生物过程 23
其它细胞质成分 16 其它酶活力 16 其它代谢过程 19
细胞核 12 其它分子功能 9 对压力的响应 16
其它细胞内成分 12 DNA或RNA结合 9 生物或非生物胁迫的响应 10
叶绿体 8 未知的分子功能 8 运输 9
细胞质膜 6 蛋白质结合 6 其它生物过程 8
其它细胞膜 6 转录因子活力 5 发育过程 4
其它细胞成分 4 转移酶活性 5 信号传导 3
质体 3 核苷结合 4 转录过程 2
细胞壁 3 转运蛋白活力 3 未知的生物过程 2
细胞液 3 水解酶活力 2 蛋白质新陈代谢 1
高尔基体 2 激酶活力 2 细胞组织和生物合成 1
未知的细胞成分 1 核酸结合 1 电子传递或能量转移途径 0
线粒体 1 结构分子活力 0 DNA或RNA代谢 0
内质网 1 受体结合活力 0
核糖体 0
图1 番茄根特异表达基因的Ratio值分布
Fig.1 Distribution of Ratio values of
root-specific genes in tomato
冯婵莹等: 番茄根特异基因的表达分析 929
因的表达量开展Ratio值的计算。Ratio值表示基因
在根中特异表达的程度, 数值越大, 表示基因越偏
好于在根中表达。从图3可知, 在拟南芥中, 这类
基因在根中的表达量分布于3~9 000之间, Ratio值
分布于0.006~135.7, 且Ratio值小于10的基因占多
数, Ratio值大于10的基因只有15个。水稻中直系
同源基因的表达量分布于1~15之间, Ratio值分布
于0.07~1.68之间, 不存在Ratio值大于10的基因, 表
明这类基因在水稻中已发生了极大程度的变异。
为了进一步阐明相关基因在不同植物中的表
达差异, 本研究还进行了Z值分析。Z值的范围表
示某类基因个体间表达模式的差异, 范围越小, 表
示这类基因个体间的表达模式越接近。分析结果
显示, 番茄的Z值为3.15±0.01, 拟南芥的为1.33±
1.32, 水稻则为1.80±1.78。结果显示与拟南芥相
比, 水稻中基因Z值的变化范围更广, 这类基因在
水稻中发生了更大的差异。
为了更直观的对这类基因进行表达分析, 本研
究对这类基因在不同组织中的表达量进行了热能
图分析。结果(图4)显示, 从番茄中筛选出来的95个
基因, 存在有少量在根中表达量较低的基因(接近
0), 但极大部分在根中表达量都很高, 且明显高于
其它组织。拟南芥中的同源基因在根中的表达量
全都较高, 不存在表达量接近0的基因, 但在根中特
图3 拟南芥和水稻中直系同源基因的Ratio值分布
Fig.3 Distribution of Ratio values of orthologous homologous genes in Arabidopsis and rice
图2 番茄部分根特异表达基因和其直系同源基因在不同器官中的相对表达量
Fig.2 Relative expression of some tomato root-specific genes organs and their orthologous homologous genes in different organs
植物生理学报930
量, 故这8个基因在根中是偏好性表达的。由此可
推测筛选出的95个基因均在根中偏好性表达。
7 番茄根特异表达基因的启动子分析
利用PLACE网站对番茄的95个根特异基因进
行启动子元件分析(表6)。95个基因中均含有根特
异表达必须元件ROOTMOTIFTAPOX1 (Elmayan
和Tepfer 1995), 还含有与光诱导及组织特异表达
有关的GATABOX (Gilmartin等1990), 与DOF蛋白
结合从而提高转录活性的DOFCOREZM元件(Yan-
agisawa和Schmidt 1999)以及通过其它方式增强转
录效率的CACTFTPPCA1和CAATBOX1元件
(Shirsat等1989)。进一步对Solyc02g084780的各个
启动子元件数目进行统计, 发现其含有19个ROOT-
M O T I F TA P O X 1、 1 3个G ATA B O X、 3 4个
DOFCOREZM、29个CACT-FTPPCA1和26个CAAT-
BOX1。这些组织特异表达相关元件在数量上各有
不同, 共同调控了根系的发育。
番茄根特异表达基因在拟南芥和水稻中的直
系同源基因并非都具有根特异表达的特性, 为了
进一步了解启动子元件与表达模式之间的关系,
本研究对不同植物中相应基因的启动子元件进行
了比较分析。在分析的基因范围内, 所有基因都
具有上述5个与组织特异表达相关的启动子元件,
图5 番茄的根特异基因的表达分析
Fig.5 Expression analysis of root-specific gene of tomato
图4 番茄、拟南芥和水稻中相关基因在不同器官中的表达量
Fig.4 Homologous genes expression in different organs in
tomato, Arabidopsis and rice
1、2、3和4表示基因在根、花、叶和果实中的表达量; 红色
表示基因表达上调, 绿色表示基因表达下调。
异表达的基因占的比例则少于50%。水稻中则不
存在在根中大量或特异表达的直系同源基因。
表达分析结果表明, 这类基因的表达模式在
不同植物中发生了不同程度的变化。拟南芥与番
茄同属双子叶植物, 但这类基因在这两个物种中
的表达模式还是发生了较大程度的变异。这类基
因在水稻中发生了更大程度的变异, 原因是水稻
属于单子叶植物, 与番茄的进化关系更远。
6 根特异基因的表达分析
本研究选取番茄8个根特异基因开展表达分
析。结果(图5)表明, 8个基因中只有5个基因是在根
中特异表达的, 其余3个基因除在根中表达外, 还在
花和果实中有一定量的表达, 但从条带明暗分析可
得, 其在根中的表达量仍高于生殖器官中的表达
冯婵莹等: 番茄根特异基因的表达分析 931
包括根特异表达必须元件ROOTMOTIFTAPOX1
(表7), 由此推断, 含有根特异表达必须元件并非是
根特异表达特性的充分条件。比较分析得, 番茄
根特异表达基因的ROOTMOTIFTAPOX1元件数
目均高于拟南芥和水稻中直系同源基因的相应元
件数目, 由此推断基因根特异表达的特性与基因根
特异表达相关元件的数目有关。此外, 第一组中基
因AT5G15130为根特异表达基因, Os01g09080.1则
不具有根特异表达的特性, 但Os01g09080.1的
ROOTMOTIFTAPOX1元件数目高于AT5G15130的,
推测基因根特异表达的特性差异并非全由相关元
件数目差异造成, 还可能与其它元件种类数目或
不同元件之间的相互作用有关。
8 番茄根特异基因的染色体物理定位
根据来自番茄基因组网站上的基因定位信息,
对番茄的95个基因进行了染色体物理定位。结果
(图6)显示, 95个根特异表达基因在番茄的12条染
色体上均有分布, 分布并不具有偏好性。
表6 95个番茄根特异表达基因的启动子分析
Table 6 Promoter analysis of 95 tomato root-specific genes
启动子元件 元件序列 含此元件基因数 不含此元件基因数 元件功能
GATABOX GATA 95 0 组织特异表达调控元件
ROOTMOTIFTAPOX1 ATATT 95 0 根系特异表达必须元件
CACTFTPPCA1 YACT 95 0 组织特异表达调控元件
CAATBOX1 CAAT 95 0 组织特异表达调控元件
DOFCOREZM AAAG 95 0 Dof蛋白结合位点
表7 番茄根特异表达基因及其拟南芥和水稻中直系同源基因的启动子比较分析
Table 7 Promoter comparative analysis of tomato root-specific genes and their orthologs in Arabidopsis and rice
直系同源基因
启动子元件数目
GATABOX ROOTMOTIFTAPOX1 CACTFTPPCA1 CAATBOX1 DOFCOREZM
第1组 Solyc05g007110 23 41 22 18 28
AT5G15130 18 20 27 21 26
Os01g09080.1 9 37 21 17 24
第2组 Solyc02g071070 137 195 206 160 228
AT5G41610 27 28 32 19 36
Os05g19500.1 20 11 19 32 18
第3组 Solyc06g065430 17 30 27 24 41
AT5G36110 24 15 27 18 26
Os07g33580.1 14 20 15 15 28
第4组 Solyc10g055230 13 25 23 23 29
AT1G55210 14 14 35 18 45
Os11g07830.1 16 8 39 14 19
第5组 Solyc04g007760 33 27 26 22 14
AT1G70890 15 9 51 18 34
Os04g39150.1 9 3 24 12 12
第6组 Solyc08g077010 21 37 30 13 43
AT4g17800 16 17 37 22 36
Os04g50030.1 24 10 42 18 14
讨 论
本研究以根特异表达基因Solyc02g084780为
模板, 筛选出了95个番茄根特异表达基因。筛选
结果与Lim等(2012)的研究结果基本一致。本研究
结果显示Lim等(2012)报道的3个根特异表达基因
Solyc02g084780、Solyc05g007110和Solyc02g082090
植物生理学报932
(在番茄基因组网站上EST编号分别为E210745、
E543254和E542814)的Ratio值分别为172、377和
297, 均具有根特异表达的特性。经BlastP搜索, Lin
等(2005)报道的根特异表达基因家族LeGRP中的
成员LeGRP2为番茄基因Solyc06g061200, 其在根
中的表达量高达2 085.7, Ratio值约为17.6, 也具有
根特异表达的特性。然而, 番茄中总共有20个GRP
基因家族成员, 研究结果显示Ratio值大于10的
LeGRP基因只有Solyc06g061200, 其余19个成员的
Ratio值分布于0.001~3.5之间, 且LeGRP家族中存
在根中表达量为0的基因 , 表明并不是所有的
LeGRP基因家族成员都在根中特异表达。而Lin等
(2005)通过Northern杂交分析显示LeGRP基因家族
在根中表达量最高 , 原因是其使用可用于检测
LeGRP基因家族所有成员的通用探针, 检测出的
表达量是整个基因家族所有成员在某个器官中的
表达量总和 , 而根据番茄表达谱网站的信息得,
LeGRP家族中除LeGRP2外的其余19个成员在不同
器官中的表达均处于较低水平, 因此Lin等(2005)
检测出的总表达量中根特异表达基因LeGRP2的表
达量所占的权重远远高于其它成员所占的总权重,
即在此研究中, LeGRP2基因的表达模式对整个
LeGRP基因家族的表达模式具有导向作用。分析
表明, 并不是所有的LeGRP基因家族成员都在根
中特异表达, 但其成员LeGRP2基因确实具有根特
异表达的特性。此外, 筛选出的基因分属于多个
不同的基因家族, 包括细胞色素P450、过氧化物
氧化蛋白(PRX)、AT-hook蛋白、bZIP转录因子等,
表明这类基因编码的蛋白质具有多种不同的功能,
如电子传递载体、转录因子和酶类等, 从而参与
植物根系生长发育、抗逆以及营养吸收等过程;
其中还包含已经报道的与根特异表达或根发育有
关的GRAs蛋白、MYB转录因子和GRPs蛋白家族
(Pysh等2009; Battaglia等2014; Tominaga-wada和
Wada 2014; Lin等2005), 筛选出的这些家族成员在
番茄中是否具有调控根发育的功能及其分子机制
仍有待进一步的研究。
最近有研究报道从番茄基因组中找到了拟南
芥MYB家族成员TRY的同源基因, 并将其命名为
SlTRY。通过转化得到含有SlTRY基因的拟南芥突
变株并对其表型进行分析, 发现SlTRY基因在拟南
芥中的表达产物可促进根毛细胞的分化, 与拟南
芥中TRY的功能相同, 均可调控根的发育(Tominaga-
wada等2013)。本研究筛选出的基因中并不包含
SlTRY基因(Solyc01g095640), 表明该基因并不是在
根中特异表达的。进一步对其表达谱进行分析,
发现其在根中的表达量低于植株地上部分的表达
量, 与Tominaga-wada等(2013)的研究结果一致。
结果显示, 调控根发育的基因不一定具有根特异
表达的特性。
本研究还对筛选出的基因以及其在拟南芥和
水稻中的直系同源基因进行表达分析, 发现这类
图6 番茄根特异表达基因的染色体物理定位
Fig.6 Chromosome mapping of root-specific genes in tomato
SlChr.1~12表示番茄中1~12号染色体。
冯婵莹等: 番茄根特异基因的表达分析 933
基因在不同物种中均发生了变异, 且在水稻中的
直系同源基因比拟南芥中直系同源基因的变异程
度要大。这是因为番茄与拟南芥同属双子叶植物,
而水稻则属于单子叶植物。进化关系越远, 变异
程度越高。虽然拟南芥和番茄同属双子叶植物,
但是拟南芥中的直系同源基因与目的基因的同源
性并没有预期中的高(E值普遍较高)。番茄属于茄
科, 而拟南芥则属于十字花科, 其次, 线粒体基因组
序列比对显示, 在112~156百万年前, 番茄和拟南芥
就开始进化了(Yang等1999)。因此, Lim等(2012)认
为分类地位上的差异以及遥远的进化距离导致了
这类基因在拟南芥和番茄中的变异较大。
基因的表达需要转录因子与基因转录起始位
点上游序列中的特定区域进行结合, 包含这些结
合位点的DNA序列则为启动子。启动子的作用至
关重要, 它通过在适当的时期和部位促进或抑制
基因的转录起始从而控制基因的表达(Potenza等
2004)。在植物基因工程初期, 组成型启动子被广
泛应用于多种植物中表达不同的基因, 如花椰菜
花叶病毒35S启动子(Odell等1985)。然而后续研究
发现组成型启动子在促进外源基因在受体植物中
表达时可能会干扰到受体植物本身正常的生理过
程。如某个基因的组成型表达在提高植物对某些
病原菌抗性的同时, 会导致植株生长的减少, 或者
使植株对其它病原菌的敏感性增强(Bowling等
1997)。可见, 使用组成型启动子有可能使外源基
因在不恰当的时期、在受体植株的非目标组织中
进行大量表达, 从而引起预料之外的副作用。组
织特异表达启动子则通过控制外源基因在受体植
物中适当的时空表达弥补了这一缺陷(Potenza等
2004)。目前, 已有很多成功应用组织特异表达启
动子诱导外源基因在受体植物中表达的成功例子,
如在根特异表达启动子LjNRT2或者AtNRT2.1的
调控下, WD基因在烟草和番茄的根中大量表达,
提高了其对尖孢镰刀菌的抗性(Kong等2014)。本
实验从番茄中筛选出了95个根特异表达基因, 并
对其启动子进行了分析, 发现这类基因的表达模
式与启动子中调控元件的特性有关; 在筛选出的
启动子元件中, 含有与根特异表达有关并已成功
用于调控基因在根中特异表达的元件ROOTMO-
TIFTAPOX1 (Elmayan和Tepfer 1995; 李志邈等
2010), 还含有其它与组织特异表达有关的元件如
GATABOX、CACTFTPPCA1等, 这些元件共同作
用, 调控基因在根部特异表达。通过不同植物中
直系同源基因的启动子比较分析, 发现直系同源
基因表达模式的差异还可能与相关元件的数目差
异或与其它元件间的相互作用有关, 为后续对根
特异表达元件ROOTMOTIFTAPOX1及其它相关
元件的研究分析提供了理论支持。
本研究从番茄中筛选出了根特异表达基因,
对其启动子进行分析, 发现这类基因的表达模式
与启动子中调控元件的特性有关; 对这类基因在
拟南芥和水稻中的直系同源基因进行表达分析与
比较, 发现这类基因在进化过程中发生了变异, 且
进化距离越远, 变异程度越高。本文研究结果为
后续筛选鉴定在番茄根中特异表达的新的基因家
族以及研究番茄根系发育、根功能的分子机制和
根特异启动子提供了新的理论支持。
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