全 文 ：植物生理学报 Plant Physiology Journal 2015, 51 (5): 754~762　　doi: 10.13592/j.cnki.ppj.2015.0171754
收稿 2015-03-25　　修定 2015-04-09
资助 河南省科技攻关项目(092102110128)。
* 通讯作者(E-mail: laocuibo@163.com; Tel: 0371-65501086)。
蝴蝶兰S-腺苷甲硫氨酸合成酶基因的克隆及低温下的表达分析
袁秀云1, 雷志华2, 梁芳1, 蒋素华1, 许申平1, 王默霏1, 崔波1,*
郑州师范学院1生物工程研究所, 2生命科学学院, 郑州450044
摘要: 利用RT-PCR和RACE技术从蝴蝶兰品种‘满天红’中克隆获得SAMS基因的cDNA序列, GenBank登录号为KP966096。
用生物信息学方法预测分析其序列, cDNA全长1 550 bp, 含有1个1 194 bp的完整开放阅读框(ORF), 编码397个氨基酸, 其氨
基酸序列与多种植物的SAMS蛋白有很高的相似性。系统进化树分析显示, 蝴蝶兰SAMS与油棕的SAMS蛋白亲缘关系较
近。采用GAPDH、ACTIN和EF1α这3个不同的内参基因作为标准对蝴蝶兰SAMS基因进行实时荧光定量分析, 结果表明,
在13 ℃/8 ℃的昼夜温度条件下, 蝴蝶兰SAMS基因的转录表达在3、6、9和15 d时明显升高, 恢复正常温度条件后, 该基因
的表达下降; 在4 ℃低温条件下, SAMS基因的表达在处理0.5、1、2和4 h内明显升高, 处理8 h时其表达开始下降, 在处理
12、24和48 h时, 其表达水平没有明显的升高和下降。结果表明该基因参与了蝴蝶兰低温胁迫的分子调控。
关键词: 蝴蝶兰; S-腺苷甲硫氨酸合成酶; 低温胁迫; 基因克隆; 实时荧光定量PCR
Cloning of a S-Adenosylmethionine Synthetase Gene from Phalaenopsis ama-
bilis and Its Expression under Low Temperature
YUAN Xiu-Yun1, LEI Zhi-Hua2, LIANG Fang1, JIANG Su-Hua1, XU Shen-Ping, WANG Mo-Fei1, CUI Bo1,*
1Institute of Bioengineering, 2College of Life Science, Zhengzhou Normal University, Zhengzhou 450044, China
Abstract: The full-length sequence cDNA of SAMS (GenBank accession number: KP966096) was cloned from
Phalaenopsis amabilis cultivar ‘Red Sky’ using RT-PCR combined with RACE techniques. This sequence con-
sists of 1 550 bp with an intact open reading frame of 1 194 bp, encoding a polypeptide of 397 amino acids.
Homology analysis showed that the deduced SAMS protein was highly homologous to SAMS proteins from
different species. Phylogenetic analysis indicated that SAMS was closely related to the SAMS of Elaeis
guineensis. The results of real-time fluorescent quantitative PCR using the combination of GAPDH, ACTIN and
EF1α as internal control genes showed that the transcript levels of SAMS in P. amabilis were increased obvious-
ly under day/night 13 ℃/8 ℃ for 3, 6, 9 and 15 d, then declined after the recovery of normal temperature. Un-
der the cold stress of 4 ℃, the expressions of SAMS were also increased significantly at 0.5, 1, 2 and 4 h after
cold treatment, and declined at 8 h to the level before treatment. The transcript levels of SAMS were not obvi-
ously up-regulated and down-regulated at 12, 24 and 48 h after cold treatment. It suggested that SAMS play a
role in cold tolerance in P. amabilis.
Key words: Phalaenopsis amabilis; S-adenosylmethionine synthetase; low temperature stress; gene cloning;
real-time fluorescent quantitative PCR
蝴蝶兰(Phalaenopsis amabilis)又名蝶兰, 花型
优美, 花色鲜艳, 花序排列整齐, 又以花期长为特
色, 因而被誉为“洋兰皇后”, 具有很高的观赏价值,
也是很多地区的年宵花。商品化的蝴蝶兰一般采
用人工调控促使蝴蝶兰开花, 使之能够在春节等
节假日前适时开花, 可增加蝴蝶兰的商品价值。
蝴蝶兰原产于热带及亚热带地区, 本性喜暖畏寒,
栽培需较高的温度和湿度, 而且蝴蝶兰开花需要
一定的昼夜温差(Chen等2008; Paradiso等2012; 刘
晓荣等2006)。在我国北方地区, 冬春季温度低, 需
在现代化温室内种植, 并要求精细化管理。因此
维持蝴蝶兰的生长及促使其开花成本较高, 耗能
巨大。同时冬春季节蝴蝶兰的低温冻害时有发生,
造成了巨大的经济损失。由于植物可以通过引种
驯化、抗寒锻炼及分子育种等措施提高其抗寒能
力(马玉涵等2010), 蝴蝶兰品种中也存在抗寒性的
袁秀云等: 蝴蝶兰S-腺苷甲硫氨酸合成酶基因的克隆及低温下的表达分析 755
差异(刘学庆等2007), 因此, 研究蝴蝶兰低温胁迫
条件下的分子调控机理, 可以为蝴蝶兰的引种栽
培和分子育种提供理论依据。
S-腺苷甲硫氨酸合成酶(S-adenosylmethionine
synthetase, SAMS)是植物代谢过程中的一个关键酶,
它能催化ATP和甲硫氨酸反应生成S-腺苷甲硫氨酸
(S-adenosyl-methionine, SAM), 而SAM是主要的甲
基供体和乙烯、多胺、生物素生物合成的前体
(Roeder等2009; Merchante等2013), 参与乙烯、多胺
和硫的生物合成和多种生理过程(Sauter等2013)。
研究表明, SAMS参与高盐(Sánchez-Aguayo等2004)、
水分(陈锐等2009)、高温(Xu和Huang 2008)、低温
(Guo等2014)等多种非生物胁迫及生物胁迫反应
(Fan等2012)。在蝴蝶兰低温诱导差异蛋白研究中,
SAMS被低温诱导上调表达, 说明它也参与蝴蝶兰
的低温逆境反应(Yuan等2015)。目前在多种植物中
已经克隆获得SAMS基因的cDNA序列(Gómez-Gó-
mez和Carrasco 1998; Li等2013; 宋修鹏等2014), 但
迄今尚未见有蝴蝶兰SAMS基因的报道。
本研究在前期蝴蝶兰幼苗响应低温诱导蛋白
质组学研究的基础上(Yuan等2015), 通过RT-PCR
和RACE技术克隆了耐低温蝴蝶兰栽培品种‘满天
红’ SAMS基因的全长, 用生物信息学分析该基因的
序列特征, 利用Real-time PCR技术研究其在不同
低温胁迫下的表达特性, 以探讨蝴蝶兰低温逆境
的分子调控机理。
材料与方法
1 材料与处理
蝴蝶兰(Phalaenopsis amabilis Bl.)栽培品种
‘满天红’来自郑州师范学院生物技术研究所智能
温室, 以生长在1/2MS基本培养基中的3叶期生根
苗为试验材料。2种低温处理条件: 将生长大小一
致的瓶苗放在光照培养箱中, 13 ℃/8 ℃的昼夜温
度, 12 h/12 h的光照条件, 分别于培养0、1、3、6、
9和15 d时取第二叶片组织, 接着再放回正常温室条
件下(27 ℃/22 ℃的昼夜温度)、相同的光照和湿度
条件下恢复培养, 并于1、3 d时取第二叶片组织;
另外将蝴蝶兰植株放于4 ℃冰箱分别于0、0.5、
1、2、4、8、12、24和48 h时取第二片叶组织材
料。取材后迅速用液氮速冻, 于–80 ℃冰箱备用。
2 方法
2.1 RNA的提取
用Trizol试剂(Invitrogen), 提取叶片组织的总
RNA。用质量分数1%的琼脂糖凝胶电泳鉴定RNA
的完整性; 用Q5000核酸蛋白分析仪(美国Quawell)
测定其A260/A280值, 计算RNA浓度和纯度。
2.2 蝴蝶兰SAMS基因全长的克隆
采用M-MLV反转录酶(TaKaRa), 以13 ℃/8 ℃
的昼夜温度培养15 d的叶片总RNA为模板合成单
链cDNA; 用DNAMAN和Primer5.0生物软件, 根据
蝴蝶兰低温诱导差异蛋白分析中鉴定的蛋白
(gi|75297911、gi|166872和gi|75309814)序列设计1
对简并引物SAMS-F和SAMS-R (表1), 用于扩增蝴
蝶兰SAMS基因的中间片段。PCR扩增体系为20
μL, 含10×buffer 2 μL, 每条引物0.5 μmol·L-1, 4种
dNTP各150 μmol·L-1, cDNA模板1 000~2 000 ng,
Taq DNA聚合酶1 U。PCR扩增程序为: 95 ℃变性
5 min; 95 ℃ 40 s, 56 ℃ 40 s, 72 ℃ 1 min, 35个循环;
72 ℃延伸10 min。回收目的片段, 连接到pMD19-T
载体上, 转入大肠杆菌DH5α菌株, 进行克隆和测
序。根据以上步骤所得的cDNA基因片段序列, 设
计1对3端特异引物GSP3-1和GSP3-2, 1对5′端特异
引物GPS5-1和GPS5-2 (表1), 按Clontech公司
SMARTTM RACE Amplification Kit操作说明进行扩
增, 回收扩增产物, 克隆到pMD19-T载体上, 转入
大肠杆菌DH5α菌株, 鉴定后进行测序与中间片段
进行拼接。然后根据拼接的序列设计1对引物
SAM-ORFF和SAM-ORFR (表1)进行开放阅读框
(ORF)的扩增进行验证。引物和测序由上海立菲
生物技术有限公司完成。氨基酸同源性分析在
NCBI (http://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.)上进行,
氨基酸序列功能域分析在http://prosite.expasy.org/
上进行。利用SignalP和WoLFPSORT软件分别进
行信号肽和亚细胞定位预测; 蛋白质二级结构预
测采用ExPASy网站上的GOR Protein secondary
structure prediction分析; 采用ProtScale程序分析该
蛋白质亲疏水性; 通过Swiss-Model Workspace对其
三级结构进行预测; 使用MEGA软件的NJ法构建
系统进化树。
2.3 SAMS基因的表达分析
叶片组织总RNA用PrimeScriptRT reagent Kit
植物生理学报756
with gDNA Eraser (TaKaRa)反转录成单链cDNA。
根据基因的全长设计1对特异引物qSAM-F和
qSAM-R, 产物长度109 bp, 以ACTIN (JN185655)、
GAPDH (JN185660)及EF1α (KC153045)为内参基
因, 引物设计见表1。采用SYBR Premix Ex TaqTM
II Kit (TaKaRa)进行qRT-PCR, 反应体系为25 μL,
反应条件为: 95 ℃ 15 s, 56 ℃ 15 s, 72 ℃ 15 s (40个
循环)。qRT-PCR反应在Eppendorf Mastercycler荧光
定量PCR仪上进行, 3次重复。通过溶解曲线和扩
增曲线确定引物的特异性。试验输出的数据用Mi-
crosoft Excel进行分析处理, 参照geNorm软件说明
书计算标准化相对表达量(Vandesompele等2002)。
实验结果
1 蝴蝶兰SAMS基因全长的克隆
以蝴蝶兰叶片总RNA反转录的cDNA为模板,
以简并引物SAMS-F和SAMS-R进行中间片段的
PCR扩增, 得到1个1 001 bp的保守片段(图1-C), 此
片段经BLASTX分析, 表明其与木石斛(Dendrobi-
um crumenatum)的SAMS有96%的一致性。根据该
片段序列, 设计3端特异巢式引物GSP3-1和GSP3-
2、5端特异巢式引物GSP5-1和GSP5-2, 采用
RACE技术, 利用GSP3-1和GSP3-2引物扩增获得3
端目的片段为365 bp (图1-B), 利用GSP5-1和
GSP5-2引物扩增获得5端目的片段为400 bp (图
1-B)。将中间片段、3端目的片段和5端目的片段
序列拼接, 然后在开放阅读框区域设计引物, 进行
扩增, 得到了预期的片段(图1-A), 最终得到该基因
全长cDNA为1 550 bp。通过ORF查找具有完整的
开放阅读框。其中包含72 bp的5UTR、1 194 bp的
开放阅读框和284 bp的3UTR (图2), 编码397个氨
基酸。通过BLASTN分析, 该基因的核苷酸序列与
谷子(Setaria italica, XM_004960355)、须芒草(An-
dropogon virginicus, AB907169)、甘蔗栽培种(Sac-
charum ‘ROC-22’, KJ577596)和油棕(Elaeis
guineensis, XM_010916454)等物种的SAMS基因有
85%的一致性。将该基因序列提交GenBank, 登录
号为KP966096。
表1 引物序列
Table 1 Primers and their sequence
引物 序列(5→3) 用途
SAMS-F CAAGGCYAAYGTYGACTAYG MADS-box中间片段的分离
SAMS-R TCTCCSACTTGAGKGGCTTC
GSP3-1 GGAGCCTCTTTCAGTGTTTGTTG 3RACE
GSP3-2 TACGGGCACTTTGGAAGGGA
GPS5-1 TTCAACCGTGACCTGGGTCTTG 5RACE
GPS5-2 CATGAACACCCTGGGCAATATC
SAM-ORFF AGATCACTAAATGGCGGACACC ORF扩增
SAM-ORFR ATAGACCACGGATACAGAGACGAC
qSAM-F AGACCGTCACTAACGATGAAAT SAMS基因荧光定量检测引物
qSAM-R GATGGGTTGAGATGGAAGATG
GAPDH-F TTGGCATCAGGAATCCTGAG 荧光定量内参引物
GAPDH-R GCCTTATCCTTGTCCGTAAAA
ACTIN-F GCAGCATGAAGATCAAGGTGG
ACTIN-R GCCTTAGAAATCCACATCTGTTG
EF1α-F CCCTTCTTGCTTTCACCCTTG
EF1α-R GGATTGTAACCCACCTTCTTCA

图1 蝴蝶兰SAMS基因扩增
Fig.1 Amplification of gene SAMS in P. amabilis
A: 开放阅读框; B: 3和5 RACE; C: 保守片段。1: 开放阅读框
扩增; 2: 3 RACE; 3: 5 RACE; 4: 保守片段扩增; M: DL2000 Marker。
袁秀云等: 蝴蝶兰S-腺苷甲硫氨酸合成酶基因的克隆及低温下的表达分析 757
2 SAMS的生物信息学分析
利用NCBI的蛋白保守区数据库(conserved
domain database, CDD)对SAMS进行编码蛋白保守
区预测, 结果表明, 与该基因匹配的蛋白保守区为
多保守区域(muli-domain): PLN02243 (S-adenosyl-
methionine synthetase), 其包括三个结构域, 分别是
N端结构域(N-terminal domain, 第4~102位氨基酸
残基)、中间结构域(central domain, 第117~239位
氨基酸残基)和C端结构域(C-terminal domain, 第
241~385位氨基酸残基), 利用Prosite数据库进行蛋
白功能结构域预测, 该蛋白含有2个SAMS蛋白的
特征序列GAGDQGHMFGY (第120~130位氨基酸
残基)和GGGAFSGKD (第267~275位氨基酸残基)
(图2)。预测结果表明, 该蛋白分子量为43.18 kDa,
等电点为5.49。疏水性最大值为1.71, 最小值–2.1,
总体来说大部分是亲水性蛋白(图3-B)。通过亚细
胞定位预测, 该蛋白可能分布于微体(过氧化物酶
体)或细胞质中, 没有跨膜信号肽, 说明该蛋白不会
通过跨膜转运, 直接在合成部位起作用。SAMS蛋
白的二级结构预测表明, 该蛋白随机卷曲占58.44%,
图2 蝴蝶兰SAMS基因核苷酸序列和推测的氨基酸序列
Fig.2 The nucleotide acid sequence and deduced amino sequence of SAMS gene in P. amabilis
起始密码子ATG、终止密码子TAA和S-腺苷甲硫氨酸合成酶特征序列为灰色。
植物生理学报758
延伸链占25.44%, α螺旋占16.12% (图3-A)。三级
结构预测结果表明, 蝴蝶兰SAMS蛋白与人类的S-
腺苷甲硫氨酸合成酶2 (PDB code: 2p02A)序列一
致性为65.3%, E值为4.03e-136 (图3-C)。
为进一步分析蝴蝶兰SAMS基因与其他植物
SAMS基因的进化关系, 将其氨基酸序列提交至
NCBI在线进行BLASTP搜索, 结果表明, 蝴蝶兰
SAMS的氨基酸序列与其他植物SAMS的氨基酸序
列覆盖率为98%以上, 序列一致性为92%~96%。
说明该基因的氨基酸序列比较保守。用一致性较
高的物种构建系统进化树(图4), 分析结果显示, 14
个物种的SAMS聚为二大类, 玉米(gi: 239050557)、
水稻(gi: 3024122)、谷子(gi: 514743551)、须芒草
(gi: 670350897)和甘蔗(gi: 451798819)聚为一类, 石
蒜(gi: 379047208)、紫萼(gi: 445068900)、木石斛
(gi: 75306070)、油棕(gi: 743855555)、苹果(gi:
657996029)、葡萄(gi: 225432155)、雷蒙德氏棉
(gi: 763782681)、牛奶子(gi: 75308026)和蝴蝶兰聚
为第二大类。根据植物的系统演化关系, 单子叶
植物和双子叶植物为被子植物中的2个纲, 为2个
自然的分类群。本研究中, 5种单子叶植物同为禾
本科, 其SAMS聚为一类, 与这些物种的亲缘关系较
近相一致。而在第二大类中, 苹果、葡萄、雷蒙
德氏棉和牛奶子4种双子叶植物聚为一个亚组, 木
石斛、石蒜、紫萼、蝴蝶兰和油棕5种单子叶植
物聚为一个亚组, 其中蝴蝶兰的SAMS与油棕的遗
传距离最近, 其次是兰科的木石斛、百合科的紫
萼, 石蒜科的石蒜, 然后是双子叶植物, 与禾本科
的5个物种SAMS的亲缘关系最远。
3 蝴蝶兰SAMS基因在低温条件下的表达模式
据报道, 蝴蝶兰‘满天红’是耐寒性较强的品
种, 在13 ℃/8 ℃的昼夜温度条件下15 d时, SAMS蛋
白表达量上调(Yuan等2015)。为了研究该基因对
温度逆境的适应, 我们以不同内参基因作为标准
研究了蝴蝶兰SAMS基因在13 ℃/8 ℃的昼夜温度
及恢复正常温度条件下不同天数的转录表达水
平。结果表明, 当分别以GAPDH、ACTIN和EF1α
作为单独的内参基因时, SAMS基因在低温条件下
不同天数的表达水平具有相似的变化趋势, 即在
13 ℃/8 ℃的昼夜温度及恢复正常温度条件下培养
时, SAMS基因的表达呈现先升高再降低的趋势(图
5-A)。具体地分析, 当单独以GAPDH作为内参基
因时, SAMS基因在低温培养3、6和9 d时的表达随
低温条件下培养天数的增加明显升高, 当培养15 d
及恢复正常温度时, 其表达逐渐下降; 当单独以
ACTIN作为内参基因时 , 在低温培养3和6 d时 ,
SAMS基因的表达升高, 随后的9 d和15 d又稍微下
降, 而恢复正常温度条件时, 其表达明显下降; 当
图3 蝴蝶兰SAMS基因预测蛋白的特征
Fig.3 Characteristics of predicted protein of SAMS in P. amabilis
A: 二级结构预测; B: 疏水性分析; C: 三级结构预测。
袁秀云等: 蝴蝶兰S-腺苷甲硫氨酸合成酶基因的克隆及低温下的表达分析 759
单独以EF1α作为内参基因时, SAMS基因的表达与
前二者稍有不同, 即在低温培养3、6、9和15 d时,
其表达升高, 恢复正常培养条件下1 d时下降, 培养
3 d时又升高。这些结果说明以不同内参基因作为
标准的基因表达量有一定差异。诸多研究表明,
常用的内参基因在不同生理状态下的表达并不是
图4 蝴蝶兰SAMS基因的系统进化分析
Fig.4 Phylogenetic analysis of SAMS in P. amabilis
图5 蝴蝶兰SAMS基因在不同低温条件下的表达
Fig.5 The expression level of SAMS under different low temperature in P. amabilis
A和B分别表示在13 ℃/8 ℃和27 ℃/22 ℃昼夜温度条件下, SAMS基因单独以GAPDH、ACTIN、EF1α一个内参基因作为标准的表达
量和同时以GAPDH、ACTIN和EF1α三个内参基因作为标准的表达; T0、T3、T6、T9、T15分别表示蝴蝶兰在13 ℃/8 ℃的昼夜温度条件
下0、3、6、9和15 d; R1和R3分别表示在27 ℃/22 ℃的昼夜温度条件下1和3 d。C和D分别表示4 ℃低温条件下, SAMS基因单独以GAP-
DH、ACTIN、EF1α一个内参基因作为标准的表达量和同时以GAPDH、ACTIN和EF1α三个内参基因作为标准的表达; T0、T0.5、T1、
T2、T4、T8、T12、T24和T48分别表示在4 ℃低温条件下0、0.5、1、2、4、8、12、24和48 h。
植物生理学报760
恒定不变的, 在一定类型的细胞中或实验因素条
件下可能是变化的(Jain等2006, 2008), 单独以一个
内参基因作为标准研究基因的表达水平, 可能会
因其在不同试验条件或不同组织中自身表达的变
化, 导致实时定量PCR结果的准确性降低。以多个
内参基因作为标准研究基因的表达水平, 能够减
少因多种因素造成的误差(Podevin等2012; Yuan等
2014), 因此本研究中我们采用了同时以GAPDH、
ACTIN和EF1α作为内参基因, 按照常用的geNorm
软件提供的方法研究蝴蝶兰SAMS基因在低温下的
表达特性(Vandesompele等2002)。图5-B显示, 当
同时以内参基因GAPDH、ACTIN和EF1α作为标
准时, 蝴蝶兰在13 ℃/8 ℃的昼夜温度条件下培养3
和6 d, SAMS基因的表达量都比对照有明显的升高,
在低温培养9和15 d时, SAMS基因的表达量升高更
多; 当恢复至正常温度培养时, SAMS基因的表达量
逐渐下降。以上结果表明蝴蝶兰SAMS基因能对低
温环境做出及时响应。
为了进一步研究蝴蝶兰对低温胁迫的反应,
我们研究了蝴蝶兰SAMS基因在4 ℃条件下48 h内
的表达特性。当分别以GAPDH、ACTIN和EF1α
作为单独的内参基因时, 尽管SAMS基因的表达量
在处理的不同时间有差异, 但呈现相似的趋势, 即
在4 ℃条件下0.5 h至4 h, SAMS基因的表达明显升
高, 8 h后其表达减低(图5-C)。当同时以GAPDH、
ACTIN和EF1α作为内参基因时, SAMS基因的表达
量如图5-D所示, 在4 ℃条件下0.5 h, SAMS基因的
表达量明显升高, 随后的1 h至2 h其表达量依次下
降, 但仍然明显高于低温处理前的表达水平; 处理
4 h时SAMS基因的表达量又有升高, 处理8 h时明显
下降, 降低到低温处理前的转录水平, 随后的12 h
至48 h, SAMS基因的表达呈现小幅度升高、下降
再升高的变化(图5-D)。可以看出, 在4 ℃低温条
件下, SAMS基因的表达在前期(0.5~4 h)明显升高,
而在后期基本维持处理前的水平。综合SAMS基因
在不同低温胁迫下的表达变化, 说明蝴蝶兰对13
℃/8 ℃的低温有较长时间的忍耐适应能力, 而对4
℃低温胁迫的忍耐适应时间很短, 很明显, 这个结
果与低温胁迫的强度有关。
讨　　论
S-腺苷甲硫氨酸是乙烯、多胺等合成的前体
物质(Roeder等2009; Merchante等2013)。而乙烯和
多胺被认为是逆境调控物质, 可参与包括低温在
内的多种逆境调控(Shen等2000; Hershkovitz等
2009; Hatmi等2015), 作为S-腺苷甲硫氨酸合成的
催化酶, SAMS也参与多种生物和非生物胁迫(Fan
等2012; Pulla等2009)。据报道, SAMS由一个小的
基因家族编码, 同种植物有多个SAMS基因(Gó-
mez-Gómez和Carrasco 1998; Schröder等1997; Pele-
man等1989)。本研究首次从蝴蝶兰叶片中克隆到
一个SAMS基因全长序列, 生物信息学分析表明, 该
基因含有2个SAMS蛋白的特征序列, 包含典型的N
端结构域、中间结构域和C端结构域, 表明该基因
是SAMS的成员, 进化树分析显示, 该基因与油棕的
SAMS基因遗传距离最近。
蝴蝶兰SAMS基因在低温胁迫下的表达分析
表明, 在13 ℃/8 ℃的昼夜温度条件下, 该基因的表
达水平随着培养时间延长而升高, 当恢复正常温
度培养后, 其表达水平下降。而在4 ℃培养条件下
0.5~4 h内, 该基因的表达明显升高, 8 h时表达量下
降, 随着培养时间延长, SAMS基因的表达没有明显
的升高和降低, 推测它在蝴蝶兰低温胁迫的分子
机制中发挥作用。由于蝴蝶兰幼苗正常生长的适
宜温度为昼夜27 ℃/22 ℃, 而13 ℃/8 ℃的昼夜温
度为一种轻度的低温胁迫, 抗冷性强的品种在此
类温度下能够短时间生存。不同蝴蝶兰品种低温
胁迫下的生理特性分析表明, 在低温胁迫下, 蝴蝶
兰叶内的渗透调节物质如可溶性糖、脯氨酸和丙
二醛 (MDA)等物质的含量、超氧化物歧化酶
(SOD)、过氧化物酶(CAT)等保护酶的活性对温度
变化比较敏感, 通过这些物质含量和酶活性的及
时提高和增强, 能够减轻低温对蝴蝶兰的伤害, 但
不同品种间表现出一定的差异(刘学庆等2007)。
而4 ℃低温胁迫是一种明显的冷胁迫, 能引起热带
或亚热带植物的冷害(González-Agüero等2011)。
蝴蝶兰SAMS基因在13 ℃/8 ℃的昼夜温度下表达
量升高, 而恢复至正常温度时, 表达水平下降, 说
明蝴蝶兰对轻度的低温胁迫能够做出及时反应,
短期的低温胁迫后, 如果温度恢复正常, 其生长也
能够恢复, 这个结果与蝴蝶兰具有一定的冷适应
能力有关(Pollet等2011a), 是低温胁迫下一系列生
理代谢响应的结果(Pollet等2011b; 高冬冬等2011),
袁秀云等: 蝴蝶兰S-腺苷甲硫氨酸合成酶基因的克隆及低温下的表达分析 761
这个结果也与植物冷适应的过程一致(Janská等
2010)。而在4 ℃低温胁迫下, 蝴蝶兰的SAMS基因
前期如4 h内表达量升高, 而8 h后下降, 说明SAMS
基因只能在短时间内对4 ℃低温做出积极调控
反应。
最近的研究表明, 苜蓿叶片的MfSAMS1能被
低温、ABA、H2O2和一氧化氮(NO)诱导, 通过转
基因烟草发现, 超表达MfSAMS1基因能够促进多
胺的合成和氧化, 进而导致H2O2介导的抗氧化保
护, 增强转基因植物的抗冷能力(Guo等2014)。蝴
蝶兰叶片低温诱导蛋白质组差异分析表明, SAMS
蛋白在低温下上调表达(Yuan等2015), 本研究也显
示其转录水平的明显升高, 而该基因是否有相同
的调控机理还是未知。另外对长春花 (Catha-
ranthus roseus) (Schröder等1997)、豌豆(Pisum sa-
tivum) (Gómez-Gómez和Carrasco 1998)和拟南芥
(Arabidopsis thaliana) (Peleman等1989; Shen等
2002)的研究表明, SAMS的表达没有组织特异性,
但同一物种不同的SAMS基因在植物发育过程中和
非生物胁迫中表达模式不同。蝴蝶兰是否有其它
的SAMS基因？这些基因是否也参与逆境调控？调
控的分子机理如何？这些问题的研究将有助于进
一步理解蝴蝶兰SAMS基因的调控作用和逆境生理
的分子机制, 也是下一步研究的重点。
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