全 文 ：植物生理学通讯 第 46卷 第 2期，2010年 2月150
收稿 2009-11-09 修定 　2009-12-18
资助 国家 “863” 计划(200 2AA6290 80)。
* 通讯作者(E-mail: qiyuancheng@yahoo.com.cn; Tel:
0 37 1-63 5 55 15 3)。
盐胁迫下过量表达腺苷甲硫氨酸合成酶基因的转基因烟草的生长
戚元成 * , 王菲菲
河南农业大学生命科学学院, 郑州 450002
提要: 以转腺苷甲硫氨酸合成酶基因(SsSAMS2)烟草纯合子 ST8-9为实验材料, 研究盐胁迫下过量表达 SsSAMS2对转基因
烟草生长影响的结果表明, 200 mmol·L-1 NaCl处理后的转基因烟草的光合速率和生物量都比野生型烟草高, 积累的自由多
聚胺比较多, 同时精氨酸脱羧酶的转录本也更丰富。显示转基因烟草的耐盐性比野生型烟草高, 多聚胺在烟株缓解盐胁中
可能是起了重要作用。
关键词: 腺苷甲硫氨酸合成酶; 盐胁迫; 多聚胺; 转基因烟草
The Growth of Transgenic Tobacco Over-Expressing S-adenosylmethionine
synthetase under Salt Stress
QI Yuan-Cheng*, WANG Fei-Fei
College of Life Sciences, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450002, China
Abstract: The effect of S-adenosylmethionine synthetase overexpression on the growth of transgenic tobacco
under salt stress was studied by using homozygous ST8-9, transgenic tobacco plants over-expressing Suadea
salsa S-adenosylmethionine synthetase (SsSAMS2). The transgenic plants showed higher photosynthetic rate,
biomass, polyamine (PA) content and abundance arginine decarboxylase (ADC) transcription than wild-type
(WT) plants under 200 mmol·L-1 NaCl treatment. These results indicated that transgenic plants were more
tolerant to salt stress than WT plants and PAs might play an important role in attenuating salt stress.
Key words: S-adenosylmethionine synthetase; salt stress; polyamine; transgenic tobacco
腺苷甲硫氨酸合成酶(S-adenosylmethionine
synthetase, SAMS)可催化底物ATP和蛋氨酸生成腺
苷甲硫氨酸(S-adenosylmethionine, SAM) (Cantoni
1953)。腺苷甲硫氨酸是腺苷甲硫氨酸脱羧酶(S-
adenosylmethionine decarboxylase)的底物, 脱羧基后
的腺苷甲硫氨酸在多聚胺(polyamine, PA)的生物合
成中提供氨丙基(Chiang等 1996)。我们实验室曾
从盐地碱蓬中克隆到一个腺苷甲硫氨酸合成酶基因
(SsSAMS2, GenBank登录号为AF321001) (Ma等
2003)。戚元成等(2009)以土壤农杆菌介导的转化
方法将盐地碱蓬的腺苷甲硫氨酸合成酶 cD N A
(SsSAMS2)转化到烟草(Nicotiana tabacum L. K326)
中, 分析转基因纯合系的基因表达和自由多聚胺含
量, 结果表明 SsSAMS2可在转基因烟草中表达, 且
转基因烟草中的自由多聚胺含量明显高于野生型烟
草(WT)。自由多聚胺是一类低分子量的渗透保护
物质, 它在一定程度上可以缓解逆境对植物的胁迫
(Groppa和 Benavides 2008; Kusano等 2008)。本文
以转基因纯合系ST8-9为实验材料, 研究盐胁迫下过
量表达 SsSAMS2后的转基因烟草生长情况。
材料与方法
植物材料为转基因系烟草 ST8-9和野生型烟
草(Nicotiana tabacum L. K326)。
烟草幼苗长至 6 cm左右时, 转移到盛有蛭
石、腐殖质和草皮(1:1:1)的盆中, 在温室中用 1/2
Hoagland营养液培养 30 d后, 一组烟株用含有 200
mmol·L-1 NaCl的 1/2 Hoagland营养液处理, 另一组
用不加NaCl的 1/2 Hoagland营养液做对照, 每隔 5
d处理一次, 连续处理4周后, 用于生理指标检测和
基因表达分析。
用便携式光合作用测定系统LI6400 (LI-COR,
USA) 测定上部伸展烟叶的光合速率, CO2浓度为
400 μmo1·mol-1, 叶温为 25 ℃, 相对湿度为 70%~
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80%, 测定的叶面积为 6 cm2。
自由多聚胺含量测定用烟株上部伸展烟叶, 参
照戚元成等(2009)文中的方法进行。
收获烟株, 烘干, 称单株干重。
Northern杂交分析精氨酸脱羧酶在转基因烟株
内的表达。采用 Trizol试剂盒提取转基因烟草和
野生型烟草叶中的总 RNA, 用 RT-PCR 扩增精氨
酸脱羧酶(arginine decarboxylase)基因 ADC和 18S
rRNA, RT-PCR反应按照说明书(One Step RT-PCR
kit; Takara, Shiga, Japan)进行。18S rRNA的引物
为 18S-F (5 ATGATAACTCGACGGATCGC 3)和
18S-R (5 CTTGGATGTGGTAGCCGTTT 3)。
ADC (GenBank登录号为AF127241)扩增引物为
ADC-F (5 TCAGGACCAAGCATTCAGG 3)和ADC-
R (5 AAGGGCATCTTCGTTGAGC 3)。反应体
系为50 μL; 反应条件为94 ℃ 30 s, 58 ℃ 30 s, 72 ℃
1 min, 共 20个循环。以 1%琼脂糖凝胶作电泳分
析, 并用DNA凝胶试剂盒回收片段, 作探针标记的
模板。转基因烟草和野生型烟草的总 RNA依据
Sambrook等(2001)文中的步骤转膜。32P dCTP随
机标记 ADC和 18S rDNA做探针。探针标记和杂
交步骤参照戚元成等(2004)文中的方法。
结果与讨论
1 盐胁迫对转基因和野生型烟株光合速率的影响
如图 1所示, 在正常条件下, 转基因烟株和野
生型烟株的光合速率均比较高, 虽然转基因烟株的
光合速率高于野生型, 但变化幅度不是太大。在
200 mmol·L-1 NaCl 胁迫下, 转基因烟株和野生型烟
株的光合速率较NaCl处理前均下降, 但野生型烟株
比胁迫前降低约40%, 而转基因烟株降仅降低14%
左右。这表明, NaCl胁迫下转基因烟株比野生型
烟株维持较高的光合速率。
2 盐胁迫对转基因和野生型烟株生物量的影响
如图2所示, 在正常条件下, 虽然转基因烟株的
干重高于野生型, 但变化幅度不大。在200 mmol·L-1
NaCl 胁迫下, 转基因烟株和野生型烟株的干重比
NaCl处理前均下降, 但野生型较胁迫前降低约
38%, 而转基因烟株降仅降低 17%左右, 野生型烟
株降低的幅度高于转基因型烟株; 这表明, NaCl胁
迫下转基因烟株比野生型烟株生长好。
3 盐胁迫下转基因和野生型烟株的自由多聚胺含
量的比较
从图3可以看出, 在NaCl胁迫下, 转基因烟株
的自由多聚胺含量均高于野生型; 但就转基因烟株
或野生型烟株自身而言, NaCl胁迫下自由多聚胺含
图 1 NaCl胁迫对转基因和野生型烟株光合速率的影响
Fig.1 Effects of NaCl stress on photosynthetic rate of the
transgenic and WT tobacco plants
每个系列 10 个重复, 数据用平均数±标准误表示。柱状图
上不同字母表示 0 .0 5 水平上的差异显著性。
图 2 NaCl胁迫对转基因和野生型烟株生物量的影响
Fig.2 Effects of NaCl stress on biomass of
the transgenic and WT tobacco plants
每个系列 10 个重复, 数据用平均数±标准误表示。柱状图
上不同字母表示 0 .0 5 水平上的差异显著性。
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量比未经NaCl处理的均升高, 只不过转基因烟株的
增幅大一些(为 17%), 而野生型仅为 10%。这说明
过量表达 SsSAMS2导致了转基因烟株内自由多聚
胺含量的升高。
图 3 NaCl胁迫对转基因和野生型烟株中
自由多聚胺含量的影响
Fig.3 Effects of NaCl stress on total free PAs contents of
the transgenic and WT tobacco plants
每个系列 10 个重复, 数据用平均数±标准误表示。柱状图
上不同字母表示 0 .0 5 水平上的差异显著性。
4 盐胁迫下转基因和野生型烟株中ADC的表达的
比较
多聚胺主要包括腐胺、亚精胺和精胺, 其中腐
胺是合成亚精胺的前体物(Groppa和Benavides 2008;
Kusano等2008)。过量表达腺苷甲硫氨酸合成酶基
因可以增加脱羧基甲硫氨酸的前体物腺苷甲硫氨酸
的合成, 从而生成大量的脱羧基腺苷甲硫氨酸, 为
从腐胺到亚精胺、亚精胺到精胺的转化提供氨丙
基。为了分析转基因烟株中腐胺积累的原因, 我们
测定合成腐胺的关键酶——精氨酸脱羧酶的转录。
结果表明(图 4), 转基因烟株中 ADC的表达量高于
野生型, 且200 mmol·L-1 NaCl胁迫下, 转基因型和野
生型烟株的ADC表达量均高于胁迫前。这表明过
图 4 NaCl胁迫下ADC在转基因和野生型烟株中
表达量的Northern杂交分析
Fig.4 Northern blotting analysis of ADC in transgenic and
WT tobacco plants under NaCl stress
1: ST8-9+NaCl; 2: ST8-9; 3: WT+NaCl; 4: WT。
量表达 SsSAMS2导致了 ADC 表达量的升高。
总之, 腺苷甲硫氨酸合成酶基因在转基因烟草
中过量表达后, 转基因烟株内多聚胺含量增加, 因
而在盐胁迫条件下转基因烟株比野生型烟株有较高
的光合速率和生物量, 生长较好。
参考文献
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