全 文 ：植物生理学通讯 第 44卷 第 3期，2008年 6月 421
GA2ox8基因过量表达诱导蓝光下拟南芥光形态建成
李妍，赵小英，郭明，李旭，黄绿红，唐冬英，郭新红，刘选明 *
湖南大学生命科学与技术研究院，生物能源与材料研究中心，长沙 410082
提要：检测不同光照强度蓝光下，过量表达GA2ox8基因的转基因植株光形态建成表型的结果表明，突变体比各自的母
本的下胚轴短，茎尖角度和子叶张开度较大，花青素和叶绿素的含量较高，并且其差异与GA2ox8基因的表达量呈正相关。
RT-PCR检测光调节基因表达水平的结果显示，暗培养条件下其突变体幼苗中的水平比各自的母本高，蓝光下35S::GFP-
GA2ox8-1、35S::GFP-GA2ox8-8与母本col-4之间差异不明显，但scc7-D中的水平比母本cry1cry2高。这似乎说明，GA2ox8
基因过量表达可诱导蓝光下拟南芥幼苗光形态建成。
关键词：GA2ox8基因；蓝光；拟南芥；光形态建成
Overexpression GA2ox8 Gene Induces Arabidopsis Photomorphogenesis un-
der Blue Light
LI Yan, ZHAO Xiao-Ying, GUO Ming, LI Xu, HUANG Lü-Hong, TANG Dong-Ying, GUO Xin-Hong, LIU Xuan-Ming*
Bioenergy and Biomaterial Research Center, Institute of Life Science and Technology, Hunan University, Changsha 410082, China
Abstract: By analyzing photomorphogenic phenotypes in overexpression GA2ox8 gene mutants under different
influence rate of blue light, the results indicated that compared to their parents, mutants showed shorter hypocotyls,
larger cotyledons opening and remaining hook angle, higher chlorophyll and anthocyanin contents under blue
light, and these distinctions were positive related to GA2ox8 gene expression. In agreement with this, RT-PCR
analysis showed that light-dependent gene expression levels were higher in mutants than in their parents in the
dark, and higher in scc7-D than in cry1cry2 under blue light, but there was no obvious difference between 35S::
GFP-GA2ox8-1, 35S::GFP-GA2ox8-8 and col-4 under blue light. It appeared that these results suggestted
overexpression GA2ox8 gene may induce Arabidopsis seedlings photomorphogenesis under blue light.
Key words: GA2ox8 gene; blue light; Arabidopsis; photomorphogenesis
收稿 2008-01-16 修定 2008-04-19
资助 国家自然科学基金(30600368, 30770200)和湖南省自然
科学基金(05JJ3 0038)。
致谢 美国加州大学洛杉矶分校林辰涛先生曾给予指导。
* 通讯作者( E -ma i l：s w _ xm l @ h n u . c n；T e l：0 7 3 1 -
8 8 2 1 7 2 1 )。
赤霉素(gibberellins, GAs)调节高等植物生长发
育的各个方面，如下胚轴伸长、子叶开张、茎
尖角度以及光调节基因的表达调控等。在已发现
的 126种赤霉素中，只有GA1、GA3、GA4和GA7
具有生物活性。参与GAs合成和代谢的酶有很多
种，如内根 -贝壳杉烯合酶、依赖细胞色素 P450
的单加氧酶和双加氧酶，其中双加氧酶GA20ox和
GA3ox催化合成有生物活性的GAs，而GA2ox则
将有生物活性的GAs或其前体代谢为无生物活性
的GAs (Hedden和 Phillips 2000；Lange等 1994)。
另有研究表明，GAs参与拟南芥和大豆的暗形态
建成，抑制暗培养条件下幼苗的光形态建成
(Alabadi等 2004)。众所周知，植物蓝光受体隐花
素(cryptochrome, CRY1和 CRY2)，也参与光形态
建成的各个方面，如抑制下胚轴的伸长、去黄
化、子叶伸展，还调节光调节基因的表达以及花
青素和叶绿素的积累(Ahmad和 Cashmore 1993；
Lin 2002)。Folta等(2003)认为，拟南芥 CRY1是
通过控制GA和生长素的平衡或信号转导抑制下胚
轴伸长的。我们实验室的研究结果也表明，拟南
芥GA平衡与隐花素介导的去黄化有关，GA2ox8
基因表达量增加，能促使有活性 GA转变为无活
性GA，从而增强拟南芥幼苗下胚轴对光的敏感性
(Zhao等 2007)。但还不清楚GAs是否影响蓝光下
拟南芥幼苗的光形态建成以及编码GA2ox8的基因
过量表达是否诱导拟南芥幼苗的光形态建成 。
本文以蓝光受体突变体cry1cry2、以cry1cry2
为遗传背景的 T - D N A 插入突变体 s c c 7 - D
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(suppressors of cry1cry2 7-dominant)以及过量表达
GA2ox8的转基因株系为材料，观察和检测分析了
不同蓝光条件下这些突变体的光形态建成表型。
材料与方法
拟南芥(Arabidopsis thaliana)野生型Col-4是哥
伦比亚生态型，cry1cry2、35S::GFP-GA2ox8-1、
35S::GFP-GA2ox8-8转基因植株的遗传背景为
Col-4，scc7-D 突变体是美国加州大学洛杉矶分校
Lin实验室以cry1cry2为母本通过T-DNA插入突变
筛选分离出来的。
拟南芥种子用70%的乙醇表面灭菌30 s，0.1%
氯化汞灭菌 8 min，然后用无菌水冲洗 5次，播
种于含 1.5%蔗糖的MS培养基上，每个光处理播
大约 100粒种子。播种后将其放入 4 ℃处理 4 d，
先用白光处理 12 h以促进种子萌发，再转入光照
强度分别为 0.05、0.5、5和 20 µmol·m-2·s-1的蓝
光下，22~23 ℃培养 6 d，测量下胚轴长度；或
转入光照强度为8 µmol·m-2·s-1的蓝光和22~23 ℃下
培养 6 d后，以液氮速冻后储存于 -80 ℃中以用
于基因表达分析。
不同蓝光下培养 6 d的幼苗，用测量角度工
具ImageJ软件(http://rsb.info.nih.gov/ij/)测得子叶和
茎尖张开度(Neff和 Chory 1998) ；用直尺测量下
胚轴长度。每个处理至少测 15株幼苗，测得的
数据取平均值。
测定叶绿素含量时，称取 0.5 g 16 d苗龄幼
苗，用匀浆器匀浆后加入 10 mL 80%的丙酮(加
塞)，在暗中室温长时间提取，直至材料发白，
过滤，得到提取液，用 80%丙酮定容到 50 mL。
测波长 633 nm和 645 nm处吸收值，用mg·g-1表
示。每个样品重复 3 次。
测定花青素含量，称 0.5 g 16 d苗龄的幼苗，
加入 4.5 mL 1%盐酸(甲醇配置)，于 4 ℃下轻摇
过夜，加入 3 mL去离子水，7.2 mL氯仿抽提离
心(2 655×g，30 min)，取上清液，测波长 535
nm和 657 nm处吸收值。花青素含量由公式 A535
-0.25A657算得。每个样品重复 3次。
采用安比奥公司生产的RNA提取试剂盒，提
取总RNA。按照Promega试剂说明书在总RNA溶
液中加适量的 RNase free DNaseI得到去DNA的
RNA，约 2 µg的总 RNA用M-MLV 逆转录酶转
录得到 cDNA。将 cDNA稀释 10倍，20 µL PCR
反应体系中加1 µL 稀释的cDNA模板。用RT-PCR
定量检测 CHS (At5g13930)、CAB2 (At1g29920)
和 RBCS (At1g67090) mRNA的水平，以持家基
因 Actin2 (ACT2)的 PCR产物作为分子内标。PCR
反应程序为：95 ℃预变性 5 min；接着 95 ℃变
性 30 s，55~60 ℃(因目的基因而异)退火 30 s，
72 ℃延伸 30 s；循环数为 24~35个(因目的基因
而异)。反应结束后，取 16 µL PCR反应液，在
1.5%的琼脂糖凝胶上进行电泳。每个试验的 RT-
PCR反应至少重复 3次，然后选用一张电泳图。
PCR引物序列如下：ACT2F (5 CACTGTGC-
CAATCTACGAGGGT-3；ACT2R (5 CACAAAC-
GAGGGCTGGAACAAG-3；CHSF (5 CGGA-
CATTTGAGGGAAGT-3；CHSR (5 GAAG-
GCAAGCGTTCTGTT-3；CAB2F (5 TGGGACAC-
CGCTGGACTTTC-3；CAB2R (5 CATAGC-
CAATCTTCCGTTCTT-3；RBCSF (5 CGGATAC-
TATGATGGACG-3；RBCSR (5 GTAGGCAAT-
GAAACTGATG-3；GA2ox8F (5 -CGGAATCA-
GAGGCATTAGC-3)，GA2ox8R (5 -CCAC-
CTTTGGGTTCGTCAT-3)。
结果与讨论
1 GA2ox8过量表达诱导蓝光下拟南芥光形态建成
首先以cry1cry2为背景的T-DNA插入突变体
scc7-D为材料，分析GA2ox8基因过量表达是否影
响蓝光下拟南芥的光形态建成。scc7-D中T-DNA
的右边界含有4个增强子且位于GA2ox8基因启动
子的附近，因此增强了突变体中GA2ox8基因的表
达，使该基因的mRNA水平比母本 cry1cry2中高
(Zhao等 2007)。实验结果表明，scc7-D突变体
的下胚轴在较弱蓝光下(0.05~5 µmol·m-2·s-1)比
cry1cry2短，且随着光照强度的增强两者差异越
明显，而在黑暗中两者则无明显差异(图 1)，这
与 Zhao等(2007)的结果一致，说明GA2ox8基因
过量表达可能会增强 scc7-D对光的敏感性以及由
此引起的生物活性GAs水平下降，从而抑制下胚
轴伸长。
为了证实这一推测，我们又对以 Col-4为遗
传背景的 GA2ox8基因过量表达株系 35S::GFP-
GA2ox8-1和 35S::GFP-GA2ox8-8的表型进行了分
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图 1 不同光照强度蓝光下生长 6 d的 35S::GFP-GA2ox8-1、
35S::GFP-GA2ox8-8、scc7-D、cry1cry2突变体和
野生型(WT)幼苗
Fig.1 6-day-old seedlings of 35S::GFP-GA2ox8-1, 35S::GFP-
GA2ox8-8, scc7-D, cry1cry2 mutants and wide type (WT)
grown under different influence rates of blue light
D、B0 . 0 5、B0 .5、B5 和 B2 0 分别表示幼苗生长在黑暗
下和光照强度分别为 0.05、0.5、5和 20 µmol·m-2·s-1的连续蓝
光条件。
析。如图 1和图 2所示，35S::GFP-GA2ox8-1和
35S::GFP-GA2ox8-8转基因植株与 scc7-D突变体
一样，其下胚轴对蓝光高度敏感，突变体下胚轴
的长度比母本野生型明显的短，在暗培养条件
下，35S::GFP-GA2ox8-1和 35S::GFP-GA2ox8-8
转基因植株下胚轴也明显比母本野生型的短，这
与 A l a b a d i 等 ( 2 0 0 4 ) 在黑暗中用多效唑
(paclobutrazol，PAC)抑制活性GA合成的结果一
致，说明 s c c 7 - D 的短下胚轴表型确实是由于
GA2ox8基因过量表达所致。此外，由于GA2ox8
基因过量表达会导致GAs生物活性及其前体的水
平下降(Schomburg等 2003)，因而突变体幼苗的
下胚轴短。
此外，我们还检测了蓝光下不同基因型拟南
芥幼苗的茎尖角度和子叶的张开度。结果显示暗
培养条件下，无论是野生型还是GA2ox8基因过表
达突变体的 6日龄幼苗子叶都未展开(图 3-a)，但
35S::GFP-GA2ox8-1和 35S::GFP-GA2ox8-8转基
因植株幼苗的茎尖角度明显大于野生型(图 3-a)，
表现为没有茎尖弯曲。随着蓝光光照强度的增
强，35S::GFP-GA2ox8-1和 35S::GFP-GA2ox8-8
转基因植株的子叶张开度逐渐变大，而当蓝光光
照强度为 5 µmol·m-2·s-1时，野生型子叶虽然也张
开，但张开角度仍然小于 35S::GFP-GA2ox8-1和
35S::GFP-GA2ox8-8转基因植株。从图 3-a中还
可看出，由于CRY1、CRY2基因的缺失，cry1cry2
对不同强度蓝光均无响应，表现出对蓝光的不敏
感，子叶始终没有张开。但不同光照强度蓝光下
scc7-D的茎尖角度始终大于 cry1cry2 (图 3-b)。由
此可见，过量表达GA2ox8基因不仅促进暗培养条
件下幼苗的光形态建成，而且还促进较弱蓝光下
幼苗的光形态建成。这说明至少是在幼苗早期的
阶段，有生物活性的 GA含量下降可导致蓝光下
幼苗出现明显的光形态建成变化的表型。
此外，实验中还观察到，不同强度蓝光下
scc7-D突变体幼苗的下胚轴比35S::GFP-GA2ox8-
1和 35S::GFP-GA2ox8-8转基因植株幼苗的要长
(图 1、2)，且 scc7-D突变体幼苗子叶并未张开，
而 35S::GFP-GA2ox8-1和 35S::GFP-GA2ox8-8转
基因植株幼苗子叶的开张度达到 80~120度(图 3-
a)，这可能是前者的遗传背景为 cry1cry2突变体，
此突变体是遗传背景为Col-4的蓝光受体缺失突变
图 2 不同光照强度蓝光下生长 6 d的 35S::GFP-GA2ox8-1、
35S::GFP-GA2ox8-8、scc7-D、cry1cry2突变体和
野生型(WT)幼苗的下胚轴长度
Fig.2 Hypocotyl lengths of 6-day-old seedlings of 35S::
GFP-GA2ox8-1, 35S::GFP-GA2ox8-8, scc7-D, cry1cry2
mutants and WT grown under different influence rates of
blue light or in the dark
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体，而后者的遗传背景为Col-4，因此蓝光下scc7-
D突变体幼苗对蓝光的敏感性弱。还有，在暗培
养条件下，scc7-D突变体幼苗的下胚轴比 35S::
GFP-GA2ox8-1和35S::GFP-GA2ox8-8转基因植株
幼苗的也长(图 1)，茎尖角度大约小 1倍(图 3-b)。
这可能是 35S::GFP-GA2ox8-1和 35S::GFP-
GA2ox8-8转基因植株幼苗中GA2ox8基因的表达量
明显比 scc7-D突变体幼苗中高，因而有生物活性
的GA含量低(Zhao等 2007)，GA2ox8基因过量表
达对幼苗光形态建成的诱导与GA2ox8基因的表达
量呈正相关。
2 GA2ox8过量表达诱导叶绿素和花青素的合成
植物见光后，通过光受体包括蓝光受体隐花
素和红光受体光敏素感受光，并开始合成叶绿素
以进行光合作用，同时合成查尔酮和花青素等次
生代谢物，因而植物叶片呈现紫色，这些都是植
物光形态建成的典型表型(Kendrick和Kronenberg
1994；Wei等 1994)。从图 1可看出，随着蓝光
光照强度的增强，幼苗表现出从黄化到深绿色的
剧烈变化，并且同一光照强度下不同基因型拟南
芥幼苗的颜色呈现出不同程度的差异。检测 16日
龄幼苗花青素和叶绿素含量的结果表明，蓝光
下，35S::GFP-GA2ox8-1和 35S::GFP-GA2ox8-8
转基因植株的叶绿素的含量比野生型明显高，
scc7-D比 cry1cry2高(图 4-a)。花青素的含量与此
显现出相同的变化趋势，从黑暗到 5 µmol·m-2·s-1
的蓝光下 35S::GFP-GA2ox8转基因植株株系中花
青素含量明显增加，比野生型的高，scc7-D突变
图 3 不同光照强度蓝光下GA2ox8过量表达转基因株系幼苗子叶和茎尖的张开角度
Fig.3 Cotyledon opening and hook angel of GA2ox8 overexpression seedlings under different influence rates of blue light
图 4 不同光照强度蓝光下GA2ox8过量表达转基因株系 16日龄苗的花青素和叶绿素含量变化
Fig.4 Changes of anthocyanin and chlorophyll contents of 16-day-old seedlings of GA2ox8 overexpression lines under
different influence rates of blue light
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体的花青素含量则比 cry1cry2高(图 4-b)。这说
明，GA2ox8基因过量表达可诱导叶绿素和花青素
合成，并随着光照强度的增强这种诱导作用越明
显，因而可以认为不同光照强度蓝光下拟南芥呈
现深绿色表型可能是叶绿素和花青素积累的结果，
与活性 GA水平降低有关。
3 GA2ox8过量表达诱导拟南芥光调节基因的表达
通常将光诱导基因的表达水平是否增加作为
衡量幼苗光形态建成的标准(Ma等 2003)。典型的
光调节基因包括参与光合作用的核酮糖二磷酸羧化
酶小亚基(RBCS)和叶绿素A/B-结合蛋白(CAB)基
因，以及参与花青素合成的查尔酮合成酶基因
(CHS)。PCR半定量分析的结果显示，暗培养条
件下 35S::GFP-GA2ox8-1和 35S::GFP-GA2ox8-8
转基因植株中CHS、CAB2和RBCS基因的表达量
比野生型中高(图 5)。无论是暗培养还是不同光照
强度蓝光下，scc7-D中 CHS、CAB2和 RBCS基
因的表达量比 cry1cry2中高(图 5)，与花青素和叶
绿素的含量水平呈正相关(图 4)。这表明GA2ox8
基因的过量表达，不仅可诱导暗培养拟南芥幼苗
中光调节基因的表达，而且可诱导蓝光下缺失蓝
光受体的拟南芥幼苗的光调节基因的表达。野生
型光调节基因 mRNA表达量在黑暗中低，这与
Alabadi等(2004)和 Sun等(1992)的研究结果一致。
用 PAC处理后拟南芥野生型暗培养下幼苗中光调
节基因包括CAB2和RBCS基因的表达量比未经过
PAC处理的高；黑暗中 ga1-3突变体由于缺少GA
合成途径而引起CAB2和RBCS基因表达增加。但
图 5 蓝光下过量表达GA2ox8基因植株CAB、RBCS和
CHS光调节基因mRNA的RT-PCR分析
Fig.5 The mRNA analysis of CAB, RBCS, and CHS gene
using semi-quantitative PCR in GA2ox8 overexpression
seedlings under blue light
在蓝光下的表达水平与 35S::GFP-GA2ox8-1和
35S::GFP-GA2ox8-8转基因植株相差不多，说明
在蓝光受体存在条件下，蓝光对这 3个光调节基
因表达的诱导作用可能比GA2ox8过量表达所引起
的诱导作用大，因而未观察到GA变化对光调节
基因表达的影响。只有当光受体缺失时，GA2ox8
基因表达量增加所引起的GA含量降低对光调节基
因的诱导作用可以被观察到。我们还将对此作进
一步研究。
参考文献
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