全 文 ：植物生理学通讯 第42卷 第1期，2006年2月 115
生物信息学在植物谷氨酰胺合成酶同工酶基因研究中的应用
叶雄 张楚富*
武汉大学生命科学学院植物发育生物学教育部重点实验室，武汉430072
Applications of Bioinformatics in the Study of Glutamine Synthetase Isozyme
Genes of Plants
YE Xiong, ZHANG Chu-Fu*
Key Laboratory of Ministry of Education for Plant Developmental Biology, College of Life Sciences, Wuhan University, Wuhan
430072, China
提要 介绍了生物信息学在植物谷氨酰胺合成酶同工酶基因研究中的应用进展。
关键词 谷氨酰胺合成酶；生物信息学；序列比对；分子进化树
收稿 2005-06-03 修定 2005-12-03
资助 国家自然科学基金(30270130)。
*通讯作者(E-mail: cfzhang@whu.edu.cn, Tel: 027-87867314)。
谷氨酰胺合成酶(glutamine synthetase, GS；
EC 6.3.1.2)是高等植物中氨同化的关键酶(Miflin和
Lea 1980), 在有 ATP的情况下，它催化NH4+ 同
化成谷氨酰胺(Tate等1972)。谷氨酰胺在谷氨酸
合酶(glutamate synthase, GOGAT)的催化下，将
酰胺转移给 a- 酮戊二酸，生成 2 个分子的谷氨
酸。这两种反应是正常条件下高等植物同化氨的
主要途径。
G S 广泛分布在植物的不同组织和器官中，
细胞内有2种不同同工酶：叶绿体型(GS2)和胞液
型(GS1) (McNally和Hirel 1983；Hirel等1984)。
Edwards等(1990)分析豌豆GS3A基因启动子的结
果证明，叶肉维管组织细胞液中GS优先表达。他
们进一步的研究证实，GS1 定位在植物韧皮部和
相关维管组织中。GS1 在叶中其它部位的表达随
着发育阶段和物种的不同而变化。Brugière 等
(2000)证明，烟草叶的成熟阶段的叶肉细胞胞液
中 GS 大量地表达。后来发现 GS1 也存在大麦叶
肉中(Tobin和Yamaya 2001)，并也从豌豆叶肉原
生质体得到了分离(Wallsgrove等1979)。在大多
数植物的根中，也存在胞液型 G S，但在少数植
物根中曾观察到质体型GS活性。Zhang等(1997)
在水稻根部检测到2种 GS同工酶: GSra和 GSrb。
除了存在于根和叶以外，有一些特殊的组织和器
官中也存在。例如，在菜豆与根瘤菌共生的固氮
开始阶段，GS 同工酶在根瘤中特异地形成(Lara
等1983)。玉米的一个GS1基因可在玉米的花梗中
优先高度地表达(Rastogi等1998)。
一般认为, 植物叶绿体中主要分布的是 GS2
(Avila等2001)。但最近的研究表明，松树叶绿体
中并无 GS2 分布，松树中的 GS 主要是胞液型的，
包括 GS1a 和 GS1b 两种同工酶。GS2 还存在于根
部的质体和其它的非光合组织中，其分布随物种
和质体类型的不同而异同(Concepción等 2000)。
GS1 功能主要是参与种子萌发时的储存氮源
转运，叶片衰老时氮的转移再利用；GS2 的功能
主要是光呼吸过程中参与氨的再同化。
GS 的分子生物学研究始于 1983 年。此后，
人们采用各种生物化学和分子生物学方法对GS同
工酶基因进行了研究，并对其有了比较全面的认
识。不同 GS 基因编码不同亚基多肽，再组成不
同 G S 同工酶。一般而言，组成叶绿体型 G S 亚
基的分子量为 45 kDa 左右，而组成胞液型 GS 亚
基的分子量小于 40 kDa。在大多数植物中，GS
同工酶至少由4个功能基因组成的多基因家族所编
码，这些基因至少编码 1 种质体型和 3 种胞液型
GS 多肽。不同亚基多肽组成多种类型的 GS 同工
酶。研究表明，在菜豆中，编码 GS 同工酶的基
因有 4 个，分别编码 4 种不同 GS 多肽。一个基
因编码叶绿体 GS 特有的δ亚基多肽；另一个编
植物生理学通讯 第42卷 第1期，2006年2月116
码根、叶和根瘤中 G S 的一个亚基多肽，称为 b
亚基；第3个基因编码的 g亚基是根瘤GS所特有；
第 4 个基因编码的 a 亚基存在于根和叶 G S 中
(Peterman 和 Goodman 1991；印莉萍等1995)。
最近10年来，计算机和网络技术得到飞速发
展，生物大分子序列和结构测定技术也不断有新
的突破，因而不同物种不同分子的序列、结构和
功能信息每天都以惊人的速度增长，网络上大量
数据库应运而生。结合生物学实验方法，并采用
这些生物信息学资源研究GS及其基因已成为新的
热点。
1 Internet网上可用于GS和基因研究的资源
在Internet网上，有许多可用于GS及基因研
究的资源。对每一位从事GS研究的人员来说，大
量阅读相关文献以了解 GS 研究进展是非常重要
的。网络检索文献的途径有很多，可通过网络直
接进入一些文献数据库进行检索。对没有这些文
献数据库链接的网络，可进入 PubMed Central
(PMC, http://www.pubmedcentral.nih.gov/)数据库进
行检索。PubMed 用户用 PMC 检索文献的同时也
可通过NCBI网站链接到期刊网站免费检索，阅读
文献全文。用google搜索引擎也能准确而且更快
捷地检索所要查阅的文献。方法就是用inurl语法
进行搜索，如输入 inu r l : p d f“gl u t a m i n e
synthetase”, 可以搜索到上万篇有关GS的pdf格
式的文献。如果要搜索某篇题目的文献，可在引
号内输入文献题目，有时还可精确找到此篇文
献，搜索中文文献可不用引号。此外，现在已
开发出专门进行文献检索的软件，如 Reference
Manager 9.0，也能很方便、快捷地检索文献。
目前，网络上已建立了许多可为 GS 研究提
供信息的数据库。著名的三大综合数据库 NCBI
(National Center for Biotechnology Information)、
EMBL (European Molecular Biology Laboratory)、
DDBJ (DNA Data Bank of Japan)中包含了大量不同
物种、不同 GS 同工酶蛋白和核酸序列的基本信
息，这些信息为GS及其基因的实验研究提供了很
大的帮助，现在越来越多从事GS分子研究的人员
都会用到这些数据库进行搜索。每一个GS基因在
这三大数据库中有一个收录号(ACCESSION)，该
号码可直接搜索到该基因的各种信息。表 1 是一
些植物 GS 基因的收录号及其表达定位(Jacek 和
Andrzej 1997)。
此外，网络上还有许多可用于研究 GS 的特
殊数据库。如真核生物启动子数据库(EPD，http://
www.epd.isb-sib.ch/)可收集所有转录起始点，即
已经由实验确定的第II类 DNA聚合酶启动子序列
(Perier等 2000); TRANSFAC数据库(http://transfac.
gbf.de/TRANSFAC/)是收集真核生物基因表达调控
因子的数据库(Wingender 等2000); 植物顺式作用
调控因子数据库PlantCARE (http://sphinx.rug.ac.be.
8080/plantcare/) (Rombauts等1999); PLACE (http://
www. dna.affrc.go.jp/htdocs/PLACE/)是从文献中搜
集的维管植物顺式作用调控元件 DNA 模体的数据
库(Higo等1999); Mendel数据库(http://jiio6.jic.bbsrc.
ac.uk/)可搜集植物STS (sequence tag site, 序列标
签位点)和EST(expressed sequence tag, 表达序列
标签)序列，并加有基因家族的信息(郝柏林和张
淑誉 2000)。此外，还有一些数据库将在下文中
陆续加以介绍。
2 GS及其基因的序列比对
在 GS 及其基因的研究中，可以通过比较分
析的方法获取有用的信息，对不同的GS进行相互
比较以寻找某一GS可能具备的特征。在蛋白质和
核酸序列的两两比较中，BLAST (http://www.ncbi.
nlm.nih.gov/blast/Blast)和FASTA是现在应用最广泛
的序列相似性搜索工具。
Concepcón等(2000)的研究发现，松树的2个
编码不同胞质GS 的基因(GS1a 和 GS1b)在基因组
中是紧密地连锁在一起的。他们从 cDNA 文库中
已筛选出这 2 个基因，并用双脱氧链终止法检测
了它们的核酸序列。以 FASTA 程序比对这两基因
编码序列的结果表明，这 2 个序列高度地保守，
有73.4% 同源，只是用不同密码子编码相同氨基
酸的频率较高。而它们的5和3非编码区同源性
较差，这说明这 2 个 cDNA 序列代表不同的 GS 基
因。Northern blotting分析表明，GS1a基因得到
大量转录，而 G S 1 b 基因很少转录。为了证明
GS1b 也是胞质型 GS，他们将 GS1b 氨基酸序列
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分别与胞质型 GS 和质体型 GS 进行比对。结果显
示，GS1b 有 83% ~ 8 6 % 序列与胞质型 GS 相同，
而只有 76% 与质粒型 GS 相同，从而暗示 GS1b 为
胞质型 G S。他们通过实验证明了这一结论。
如果需要对多个 GS 序列进行比对，就要用
CLUSTAL W 程序。用该程序研究 GS 多序列中的
高度保守区域，可以预测这些GS保守区域对维持
三维结构的重要性。David等(2000)将5个不同物
种的GS 氨基酸序列进行多序列比对时发现，这5
种GS的保守位点也即是活性位点。比对结果暗示
不同的物种的GS具相同的催化机制，亦可预测这
些 G S 三级结构的某些特征。
表1 一些植物GS基因的收录号及表达定位(Jacek和Andrej 1997)
物种 收录号 表达部位 参考文献
水稻 Oryza sativa X14245 芽 Sakamoto 等 1989
Oryza sativa-rt X14244 根 Sakamoto 等 1989
Oryza sativa-cl X14246 叶绿体 Sakamoto 等 1989
大麦 Hordeum vulgare X69087 芽 Stroman 等 1990
Hordeum vulgare-clr X53580 叶绿体 Stroman 等 1990
Hordeum vulgare-cl X16000 叶绿体 Freeman 等 1990
玉米 Zea mays-1 D14576 根 、 芽 Sakakibara等1992
Zea mays-2 D14577 根 、 芽 Sakakibara等1992
Zea mays-3 D14578 根 、 芽 Sakakibara等1992
Zea mays-1-1 X65926 根 、 芽 Li等 1993
Zea mays-1-2 X65927 根 Li等 1993
Zea mays-1-3 X65928 根 、 芽 Li等 1993
Zea mays-1-4 X65929 根 、 芽 Li等 1993
芸苔 Brassica napus-rl X76736 根 Schock 等 1994
Brassica napus-cl-1 X72751 叶绿体 Ochs 等 1993
莴苣 Lactuca sativa X60092 芽 Sakamoto 等 1990
萝卜 Raphanus sativus-A D25324 根 、 芽 Watanabe 等 1994
Raphanus sativus-B D25325 根 、 芽 Watanabe 等 1994
Raphanus sativus-C D25326 根 、 芽 Watanabe 等 1994
烟草 Nicotiana plumbaginifolia M19 055 芽 Tingey和Coruzzi 1987
Nicotiana tabacum-cl S39536 叶绿体 Becker 等 1992
Nicotiana sylvestris-cl X66940 叶绿体 Becker 等 1992
菜豆 Phaseolus vulgaris-ND X14605 仅在根瘤 Gebhardt等 1986
Phaseolus vulgaris-R1 X04001 根、芽、根瘤 Gebhardt等 1986
Phaseolus vulgaris-R2 X04002 根 、 芽 Gebhardt等 1986
Phaseolus vulgaris-cl X12738 叶绿体 Lightfoot等1988
豌豆 Pisum sativum-rt X04763 根、根瘤 Tingey 等 1987
Pisum sativum M20 663 根、根瘤 Tingey 等 1988
Pisum sativum-cl M20 664 叶绿体 Tingey 等 1988
Pisum sativum-lf X05514 叶绿体 Tingey 等 1987
黄羽扇豆 Lupinus luteus-nd X71399 根瘤 Boron和 Legocki 1994
大豆 Glycine max-nd1 X81700 根瘤 Marsolier等1995
Glycine max-nd2 X81460 根瘤 Marsolier等1995
Glycine max S46513 芽 Miao 等 1991
苜蓿 Medicago sativa-nd U15591 根瘤 Dunn 1988
拟南芥Arabidopsis thaliana S69727 叶绿体 Peterman 和 Goodman 1991
羽扇豆 Lupinus angustifolius-nd X15578 根瘤 Grant等 1989
植物生理学通讯 第42卷 第1期，2006年2月118
以前的研究发现，I型 GS (GSI)基因主要在
原核生物中表达，而真核生物通常还包含II型GS
(GSII)基因，GSII 也可在某些原核生物中表达。
René等(2000)采用蛋白质的多序列比对法发现GSI
样基因广泛地存在于高等植物中。他们运用
CLUSTAL W程序，以苜蓿(Medicago truncatula)
中的 MEDTR-Ia蛋白(AJ23821)与 GSI和 GSII蛋白
进行比对的结果表明，该类蛋白有 36%~46% 氨
基酸序列与原核生物 GS 同源，而只有少于 25%
的氨基酸与 GSII 同源。他们继续以 MEDTR-Ia
cDNA的3非转录区作为探针进行Northern blotting
分析，可以观察到这个基因在该植物大多数器官
中可得到表达。
3 GS及其基因分子进化树的构建
GS是植物氮同化的关键酶，此酶在进化中是
相当保守的，因此可以将GS基因看作是一种生物
钟，以之衡量植物之间的进化关系。如果知道各
种植物GS基因编码序列后，就可以通过构建分子
进化树来显示植物的进化关系。这涉及一系列系
统树的构建方法，主要有最大简约法(maximum
parsimony method)、使用算术平均的不加权对群
法(unweighted pair-group method using arithmetic
average method, UPGMA)、邻接法(neighbor-jioning
method)、最大似然法(maximum likelihood method)
和Fitch-mergolish法等。
Jacek和Andrej (1997)用这些方法构建分子进
化树研究了植物GS基因进化。他们用如表1中的
各 GS 基因收录号，从 GenBank 核酸数据库中检
索出各 GS 基因核酸序列，分别用 CLUSTAL W 程
序对这些基因进行比对；用 DNADIST 程序分别
计算第 1、2、1+2、1+3、1+2 + 3 密码子位点
的距离矩阵，该程序运用的是最大似然法；这些
距离矩阵再用邻接法和 U P G M A 法重构进化树。
用 P R O T P A R S 、D N A P A R S 、D N A D I S T 、
NEI G H B O R、SEQ B O O T、CON S E N S E 等程序进
行以上运算后，再用 Treeview 程序即可显示出
来，然后用KITSCH程序(主要应用Fitch-mergolish
法)重新计算进化树分支的长度，估算出分子钟进
化时间。
运用这些生物信息学方法构建GS基因分子进
化树，在许多的 GS 研究中得到了应用。René 等
(2000)也应用了构建GS 基因分子进化树的方法，
进一步说明MEDTR-Ia基因与GSI型基因的进化关
系比GSII型基因更加近，从而证明GS1样基因在
高等植物中广泛存在。Concepción 等(2000)研究
松树2个GS基因(GS1a和GS1b)在基因组中的定位
时，为了说明 GS1a 与 GS1b 之间关系，他们构
建 GS1a、GS1b 与被子植物 GS1 和 GS2、真菌
GS、原核生物 GS 这些酶的分子进化树，结果表
明这 2 个酶与被子植物 GS1 亲缘关系更近，而且
也能看到从 GS1a、GS1b 直到被子植物 GS1 之间
的进化关系(图 1)。
图1 GS分子进化树(Concepción等 2000)
图中可以看出一些植物、真菌类和原核生物之间的进化关
系。Ang-1 和 Ang-2 分别为被子植物GS1 和 GS2; Plna 和 Plnb
分别为松树 GS1a 和 GS1b; Chl、Sacc、Agar、Coll 分别表示
衣藻、啤酒酵母、双孢蘑菇、毛盘孢；S y n、B a c、M e t h 、
Eco、Rhi z 分别表示集胞藻、枯草芽孢杆菌、甲烷球菌、大
肠杆菌、豌豆根瘤菌。
GS分子进化研究有助于进一步阐明植物进化
的分子基础，探索 GS 基因起源机制，从基因进
化的角度研究GS及其基因序列与功能关系。这一
方法在今后 GS 的研究中将会得到更多的应用。
4 GS及其基因序列分析
在 GS 的研究早期，主要用一些传统的分子
生物学方法，如 PAGE、引物延伸法、凝胶阻滞
实验、DNase I足迹实验等进行GS基因调控区域
和编码区域的研究。最近 10 年，生物信息学发
展起来以后，人们又用一些电脑程序对这些区域
进行分析和预测。目前，已经开发出了许多综合
商业软件，如Wisconsin package。商业软件虽然
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较精确，但比较昂贵。因此，人们还可以用网
络上的一些免费软件进行分析与预测，然后根据
这些信息进行实验设计。由于这些软件准确性不
高，有必要将GS序列提呈给多个不同程序加以分
析，以求得较满意结果。如可用Genebuilder 程
序进行TATA box、poly A 位点、转录因子预测。
Josefa等(2004)研究松树GS1b基因5上游区
时，发现了一个赤霉素(GA)应答元件的存在。为
了分析和预测GS1b基因5上游元件，他们在前面
介绍的 3 个数据库——PLACE、PlantCARE 和
TRANSFAC 中搜索顺式调节序列，并结合预测程
序分析，发现 GS1b 基因启动子上游存在 1 个 AT
盒、1 个 A C 基序和 1 个赤霉素应答元件，然后
他们用凝胶阻滞实验证实了位于转录起始位点
-786~ -748 bp应答元件的存在。Michael等(2002)
设计研究玉米GS1-2基因(AF359511)的实验前，对
其进行分析与预测的结果表明，-39~-34 bp存在
一个 TATA 盒；其 -165~-162 bp 处为 CAAT 盒。
此外，P site、c-myb和 Nit 2和 3个外显子序列
也都可以分析出来。Arnaud等(2005)在研究中对
Cg GS基因5和3非编码区用计算机进行分析时，
也得出了较准确的信息。
Thykjaer等(1997)用类似的方法研究百脉根
(Lotus juponicus) GS基因Gln1在23 326 bp基因组
区域的定位时，分析LJ Gln1基因 5上游区的结
果表明：除了 +1 起始位点外，-163 处还有一弱
起始位点；TATA 盒位于 -33 和 -168 bp 处；重
复序列分别位于 -715、-685、-419、-318 bp处。
他们用Gln1基因下游序列进行数据库搜索时，发
现这一序列中含有 2 个短的开放阅读框，并且这
2个ORF表达产物与驱动蛋白轻链(kinesin light
chain)的某些部位有一定的相似性，用BLAST 程
序进行序列比对也证明了这种相似性，认为它们
是同一基因Krm (kinesin repeat motif)基因的2个外
显子。为了发现其它基因是否存在，他们用Grail
1.3外显子识别程序对整个23 326 bp基因组区域进
行预测，这可点击进入http://avalon.emp.ornl.gov/
Grail-1.3/网页进行免费在线分析得到。该程序可
高度精确地预测到Gln1和 Krm基因外显子-内含
子结构。同时还发现在Gln1和 Krm基因之间存在
3 个外显子，预测的 ORF 有 210 个氨基酸，而且
作数据库搜索时没有发现任何基因或蛋白是与其相
似的。不同组织的Northern blotting分析中也没有
观察到该基因转录，此基因被命名为 Pge1 基因
(predicted gene)。分析Gln1基因上游区发现存在
dRtp1、dRtp2基因和一些重复序列。这些预测结
果用分子生物学实验在一定程度上得到了证明。
生物信息学方法和工具还可以用来研究GS蛋
白的生化性质。网络上应用得最广泛的免费蛋白
质计算工具是 E x P A S y 。它包括蛋白数据库
(SWISS-PROT)、蛋白分析工具(http://cn.expasy.
org/tools/)等，这些主要用来分析蛋白序列和结
构。Concepción 等(2000)就用到这些工具分析了
GS 的生化性质。他们先用 GS1a 和 GS1b 核酸序
列预测其蛋白质产物，再用氨基酸序列预测出诸
如分子量、等电点以及在pH 7.0时的净电荷等生
化性质，并对这些性质进行了比较(表 2)。从这
些性质中可以看出，GS1a 与 GS1b 分子量大体相
同，所以用 SDS-PAGE 不能将其分离开来。而它
们的等电点分别为6.6、6.0，则可以用双向聚丙
烯酰胺凝胶电泳(2D PAGE)将其分开。以后用 2D
PAGE 确证在 2 号染色体上 GS1a、GS1b 是连锁在
一起的。现在网络上已建立了许多2D PAGE 蛋白
质组数据库，可以用来搜索某些物种特定组织特
定发育阶段的2D PAGE 蛋白质组图。上述研究进
入http://www.pierroton.inra.fr/genetics/2D/ 数据库
可以搜索到 2D PAGE 图，用 GS1a、GS1b 分子
量和等电点数据可找到这 2 种 GS 斑点所在位置，
然后再以一系列实验证明在基因组中 G S 1 a 、
GS1b 基因是连锁的。
表2 用蛋白质分析工具预测出的GS生化性质
(Concepci ón等 2000)
氨基酸序 残基数 分子量/ 等电点 净电荷 l A280 nm/ 列同一性 kDa (pH 7.0) mg·mL-1
GS1b 100.0 355 39.2 6.0 -4.0 0.6
GS1a 81.5 357 39.5 6.6 -2.0 0.6
总之，从以上的 GS 研究可以看出，生物信
息学方法是一个新兴而十分有效的方法。它在GS
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研究中得到了越来越广泛的应用。但这一技术发
展还不够成熟，尚未达到部分取代实验技术的程
度，研究中只能作为辅助技术。GS 功能是由其
三级结构决定的，而三级结构又是由核酸序列决
定的，因此在今后的 GS 研究中，应根据生物技
术和信息技术的不断提高，可直接从GS基因的核
酸序列中精确地预测它的表达调控机制和三级结
构，这对 G S 及其基因研究来说，很有意义。
参考文献
郝柏林，张淑誉(2000). 生物信息学手册. 上海：上海科学技
术出版社，91 ~ 9 2
印莉萍，刘祥林，林忠平(1995). 植物谷氨酰胺合成酶基因以
及基因表达. 生物工程进展，15: 36~41
Arnaud T，Isabelle B，Dario M (2005). Molecular character-
ization of the glutamine synthetase gene in the Pacific oys-
ter Crassostrea gigas：expression study in response to
xenobiotic exposure and developmental stage. Biochim
Biophys Acta，1681: 116~125
Avila C, Suarez MF, Gomez-Maldonado J, Canovas FM (2001).
Spatial and temporal expression of two cytosolic glutamine
synthetase genes in Scots pine: functional implications on
nitrogen metabolism during early stages of conifer
development. Plant J，25: 93~102
Becker TW, Caboche M, Carrayol E (1992). Nucleotide sequence
of tobacco cDNA encoding plastidic glutamine synthatase
and light inducibility, organ specificity and diurnal rhyth-
micity in the expression of the corresponding genes of to-
bacco and tomato. Plant Mol Biol, 19: 367~379
Boron L, Legocki AB (1994). Glutamine synthetase in Lupinus
luteus. Identification and preliminary characrerization of
nodule-specific cDNA clone. Gene，136: 95~102
Brugière N, Dubois F, Masclaux C, Sangwan RS, Hirel B (2000).
Immunolocalization of glutamine synthetase in senescing
tobacco (Nicotiana tabacum L.) leaves suggests that ammo-
nia assimilation is progressively shifted to the mesophyll
cytosol. Planta，211: 519~527
Concepción ÁS, Ram ón MC, Christophe P, Frigerio JM, Francisco
M (2000). Two genes encoding distinct cytosolic glutamine
synthetases are closely linked in the pine genome. FEBS
Lett, 477: 237~243
David E, Harindarpal SG, Gaston MUP, Rotstein SH (2000). Struc-
ture-function relationships of glutamine synthetases. Biochim
Biophys Acta, 1477: 122~145
Dunn K (1988). Developmental regulation of nodule-specific genes
in alalfa root nodules. Mol Plant Microbe Interact, 1: 66~74
Edwards JW, Walker EL, Coruzzi GM (1990). Cell-specific expres-
sion in transgenic plants reveals non-overlapping roles for
chloroplast and cytosolic glutamine synthetase. Proc Nat
Acad Sci USA, 87: 3459~3463
Freeman J, Marquez AJ, Wallsgrove R (1990). Molecular analysis
of barley mutants deficient in chloroplast glutamine
synthetase. Plant Mol Biol, 14: 297~311
Gebhardt C, Oliver JE, Forde G, Saarelainen R, Miflin B (1986).
Primary structure and differential expression of glutamine
synthetase in nodules, roots and leaves of Phaseolus vulgaris.
EMBO J, 5: 1429~1435
Grant MR, Carne A, Hill DF (1989). The isolation and
charaterization of a cDNA clone encoding Lupinus
angustifolius root nodule glutamine synthetase. Plant Mol
Biol, 13: 481~490
Higo K, Ugawa Y, Iwamoto M, Korenaga T (1999). Plant cis-
acting regulatory DNA elements (PLACE) database. Nucl
Acids Res，27: 297~300
Hirel B, McNally SF, Gadal P (1984). Cytosolic glutamine syn-
thetase in higher plants. Eur J Biochem，138: 63~66
Jacek B, Andrzej BL (1997). Evolution of the glutamine syn-
thetase gene in plants. Plant Sci，28: 51~58
Josefa GM, Francisco MC, Concepción A (2004). Molecular analysis
of the 5-upstream region of a gibberellin-inducible cytosolic
glutamine synthetase gene (GS1b) expressed in pine vascular
tissue. Planta，218: 1036~1045
Lara M, Cullimore JV, Lea PJ, Miflin BJ, Johnstone AMB, Lamb
JW (1983). Appearance of a novel form of plant glutamine
synthetase during nodule development in Phaseolus vulgaris
L. Planta，157: 254~258
Li MG, Villemur R, Hussey PJ, Silflow CD, Gantt JS, Snustad DP
(1993). Differential expression of six glutamine synthetase
genes in Zea mays. Plant Mol Biol，23: 401~407
Lightfoot DA, Green NK, Cullimore JV (1988). The chloropast-
located glutamine synthetase of Phaseolus vulguris L:
nuleotide sequence expression in different organ and uptake
into isolated chloroplasts. Plant Mol Biol, 11: 191~202
Marsolier MC, Debrosses G, Hirel B (1995). Identification of
several soybean cytosolic glutamine synthetase transcripts
highly of specifically expressed in nodules. Expression stud-
ies using one of the corresponding genes in Lotus
corniculatus. Plant Mol Biol, 27: 1~15
McNally SF, Hirel B (1983). Glutamine synthetase isoforms in
plants. Physiology，21 (4): 761~774
Miao GH, Hirl B, Marsolier MC, Ridge RW, Verma DP (1991).
Ammonia-regulated expression of a soybean gene encoding
cytosolic glutamine synthetase in transgenic Lotus
corniculatus. Plant Cell, 3: 11~22
Michael JM, Liang H, Rajeev R (2002). Isolation of a promoter
sequence from the glutamine synthetase gene capable of
植物生理学通讯 第42卷 第1期，2006年2月 121
conferring tissue-specific gene expression in transgenic maize.
Plant Sci，163: 865~872
Miflin BJ, Lea PJ (1980). Ammonia assimilation. In: Miflin BJ
(ed). The Biochemistry of Plants (Vol 5). Amino Acids and
Their Derivatives. New York: Academic Press, 169~202
Ochs G, Shock G, Wild A (1993). Chloroplastic glutamine syn-
thetase form Brassica napus. Plant Physiol, 103: 303~304
Perier RC, Praz V, Junier T, Bonnard C, Bucher P (2000). The
eukaryotic promoter database (EPD). Nucl Acids Res，28:
302~303
Peterman TK, Goodman HM (1991). The glutamine synthetase
gene family of Arabidopsis thaliana: light-regulation and
differential expression in leaves, roots and seeds. Mol Gen
Genet, 230: 145~154
Rastogi RA, Chourey PS, Muhitch MJ (1998). The maize
glutamine synthetase GS1-2 gene is preferentially expressed
in kernel pedicels and is developmentally regulated. Plant
Cell Physiol，39: 443~446
René M, Pascal G, Yves M, Cullimore JV (2000). The presence of
GSI-like genes in higher plants：support for the paralogous
evolution of GSI and GSII genes. J Mol Evol，50: 116~122
Rombauts S, Dehais P, Van Montagu M, Rouze P (1999).
PlantCARE, a plant cis-acting regulatory element database.
Nucl Acids Res，27: 295~296
Sakakibara H, Kawabata S, Takahashi H, Hase T, Sugiyama T
(1992). Molecular cloning of the family of glutamine syn-
thetase genes from maize：expression of genes for
glutamine synthetase and ferredoxin-dependent glutamate
synthase in photosynthetic and non-photosynthetic tissues.
Plant Cell Physiol，33: 49~58
Sakamoto A, Ogawa M, Masumura T, Shibata D, Takeba G, Tanaka
K, Fujii S (1989). Three cDNA sequences coding for glutamine
synthetase polypeptides in Oryza sativa L. Plant Mol Biol，
13: 611~614
Sakamoto A, Takeda G, Shibata D (1990). Phytochrome-medi-
ated activation of the gene for cytosolic glutamine synthetase
(GS1) during imbibition of photosensitive lettuce seeds. Plant
Mol Biol，15: 317~323
Schock G, Ochs G, Wild A (1994). Glutamine synthetase from
roots of Brassica napus. Nucleotide sequence of a cytosolic
isofrom. Plant Physiol，105: 757~758
Stroman P, Baima S, Casadoro G (1990). A cDNA sequence cod-
ing for glutamine synthetase in Hordeum vulgare L. Plant
Mol Biol，15: 161~163
Tate SS, Leu FY, Meister A (1972). Rat liver glutamine synthetase.
Preparation, properties, and mechanism of inhibition by
carbamyl phosphate. J Biol Chem, 247 (17): 5312~5321
Thykjaer T, Danielsen D, She Q, Stougaard J (1997). Organiza-
tion and expression of genes in the genomic region sur-
rounding the glutamine synthetase gene Gln1 from Lotus
japonicus. Mol Gen Genet，255: 628~636
Tingey SV, Tsai FY, Edwards JW, Walker EL, Coruzzi GM (1988).
Chloroplast and cytosolic glutamine are encoded by homolo-
gous nuclear genes, which are differentially expressed in vivo.
J Biol Chem，263: 9651~9657
Tingey SV, Coruzzi GM (1987). Glutamine synthetase of Nicoti-
ana plumbaginifolia: cloning and in vivo expression. Plant
Physiol, 84: 366~373
Tingey SV, Walker EL, Coruzzi GM (1987). Glutamine synthetase
genes of pea encode distinct polypeptides which are differ-
entially expressed in leaves roots and nodules. EMBO J, 6:
1~9
Tobin AK, Yamaya T (2001). Cellular compartmentation of
ammonium assimilation in rice and barley. J Exp Bot，53:
591~604
Wallsgrove RM, Lea PJ, Miflin BJ (1979). The distribution of the
enzymes of nitrogen assimilation within the pea cell leaf.
Plant Physiol，63: 232~236
Watanabe A, Hamada K, Yokoi H (1994). Biphasic and differen-
tial expression of cytosolic glutamine genes of radish during
seed germination and senescence of cotyledons. Plant Mol
Biol，26: 1807~1817
Wingender E, Chen X, Hehl R (2000). TRANSFAC：an inte-
grated system for gene expression regulation. Nucl Acids
Res，28: 316~319
Zhang CF, Peng SB, Peng XX (1997). Response of glutamine
synthetase isoforms to nitrogen sourses in rice (Oryza sativa
L.) roots. Plant Sci，125: 163~170