全 文 :植物病理学报
ACTA PHYTOPATHOLOGICA SINICA 44(3): 276 ̄286(2014)
收稿日期: 2013 ̄08 ̄09ꎻ 修回日期: 2014 ̄01 ̄15
基金项目: 国家自然科学基金(31071660)ꎻ973 项目(2010CB126203ꎬ2012CB722504)ꎻ国际科技合作项目 (2012DFA30900)
通讯作者: 孙丽英ꎬ博士ꎬ副研究员ꎬ主要从事植物病毒学研究ꎻ Tel: 0571 ̄86419021ꎬE ̄mail:sunly_de@126.com
陈剑平ꎬ博士ꎬ研究员ꎬ主要从事植物保护研究ꎻTel: 0571 ̄86404003ꎬ E ̄mail:jpchen2001@126.com
第一作者: 沈江锋ꎬ男ꎬ浙江嵊州人ꎬ在读硕士研究生ꎬ主要研究方向为植物病理学ꎻE ̄mail:shenjf.023@163.comꎮ
水稻黑条矮缩病毒和水稻条纹叶枯病毒侵染下
水稻 qRT ̄PCR内参基因的筛选
沈江锋1ꎬ2ꎬ 李俊敏2ꎬ 孙丽英2∗ꎬ 陈剑平2∗
( 1浙江师范大学化学与生命科学学院ꎬ金华 321004ꎻ 2浙江省农业科学院病毒学与生物技术研究所ꎬ杭州 310021)
摘要:病毒侵染通常会干扰寄主细胞的生理代谢过程ꎬ分析病毒侵染后寄主基因的表达差异ꎬ将为病毒与寄主之间的互作
研究提供重要的分子基础ꎮ 实时荧光定量 PCR(qRT ̄PCR)是目前基因表达分析中应用最广泛的方法之一ꎬ选择合适的内
参基因对实验进行校正和标准化至关重要ꎮ 但是ꎬ一些常用作内参的看家基因会受到病毒侵染的影响ꎮ 本研究中ꎬ以感染
水稻黑条矮缩病毒(Rice black ̄streaked dwarf virusꎬRBSDV)和水稻条纹叶枯病毒(Rice stripe virusꎬRSV)的水稻总 RNA为
材料ꎬ利用 qRT ̄PCR 技术和 3 个统计学软件探讨了 10 个常用内参基因在病毒侵染下的稳定性ꎮ 结果显示ꎬ感染 RBSDV
和 RSV水稻中表达最稳定的都是 UBC和 β ̄TUBꎮ 因此ꎬ可选用 UBC和 β ̄TUB组合作为分析 RBSDV和 RSV侵染过程的水
稻内参基因ꎮ
关键词:水稻ꎻRBSDVꎻRSVꎻqRT ̄PCRꎻ内参基因
Reference gene selection for real ̄time fluorescence quantitative PCR analysis in rice
plants infected by Rice black ̄streaked dwarf virus or Rice stripe virus SHEN Jiang ̄
feng1ꎬ2ꎬ LI Jun ̄min2ꎬ SUN Li ̄ying2ꎬ CHEN Jian ̄ping2 ( 1College of Chemistry and Life Scienceꎬ Zhejiang Normal
Universityꎬ Jinhua 321004ꎬ Chinaꎻ 2 Institute of Virology and Biotechnologyꎬ Zhejiang Academy of Agricultural Sciencesꎬ Hang ̄
zhou 310021ꎬ China)
Abstract: Virus infection disrupts the normal metabolism and biological processes of the host. At the molecular
levelꎬ virus infection triggers a global change in host gene expressionsꎬ in particularꎬ the expression changes of
host genes that are associated with the stress and defense against pathogen attacks. Thusꎬ studying the alteration
of plant gene expression upon virus infection may provide detailed insights into the molecular interaction between
virus and host. The real ̄time fluorescence quantitative PCR (qRT ̄PCR) has been widely used to investigate the
changes in the cellular gene expression. For the accuracy of qRT ̄PCR analysisꎬ normalization using the appropri ̄
ate internal control genes is necessary. Howeverꎬ sometimes the expression of housekeeping genes that are com ̄
monly used as internal controls is affected by virus infection. In this studyꎬ the effect of Rice black ̄streaked
dwarf virus (RBSDV) or Rice stripe virus (RSV) infection on the transcript expression levels of 10 rice (Oryza
sativa) housekeeping genes including 18Sꎬ 25Sꎬ ACTꎬ β ̄TUBꎬ eEF ̄1αꎬ eIF ̄4aꎬ GAPDHꎬ UBCꎬ UBQ ̄5 and
UBQ ̄10 were assessed by qRT ̄PCR and then further analyzed by three commonly used algorithms: geNormꎬ
NormFinder and BestKeeper. The qRT ̄PCR resultsꎬ combined with three algorithms analysesꎬ revealed that half
of the transcript levels of internal control rice genes were affected by RBSDV infection while most of the genes
were stable in RSV ̄infected rice plants. Among those genesꎬ UBC and β ̄TUB were the reference genes with the
3期 沈江锋ꎬ等:水稻黑条矮缩病毒和水稻条纹叶枯病毒侵染下水稻 qRT ̄PCR内参基因的筛选
most unaltered transcript levels by infection with RBSDV and RSV. Taken togetherꎬ our results showed that
RBSDV and RSV infections differently affected the transcriptional expression of housekeeping genes that were
commonly used for internal control in qRT ̄PCR. Thusꎬ determining the suitable internal reference genes is
crucial for profiling the alteration of gene expression pattern by different virus infections.
Key words: riceꎻ RBSDVꎻ RSVꎻ qRT ̄RCRꎻ reference gene
中图分类号: S432.44 文献标识码: A 文章编号: 0412 ̄0914(2014)03 ̄0276 ̄11
病毒侵染是影响植物生长发育的重要生物胁
迫因素ꎬ很多寄主因子参与了病毒侵染、复制以及
病症的表达ꎮ 分析病毒对相关寄主基因表达的调
控是研究病毒与寄主互作ꎬ解析病毒致病机理和寄
主抗病机制的重要基础ꎮ 实时荧光定量 PCR( real ̄
time fluorescence quantitative PCRꎬqRT ̄PCR)是目
前检测生物样品中基因表达差异最灵敏、便捷的方
法之一[1]ꎮ 在利用 qRT ̄PCR进行基因表达的研究
中ꎬ为测定目的基因的表达水平ꎬ需要使用合适的
内参基因对实验样品进行校正和标准化ꎬ以降低转
录效率、cDNA浓度差异对实验的影响ꎮ 目前大多
数内参基因选择的是寄主的看家基因(housekeep ̄
ing gene)ꎬ该类基因编码的蛋白质是维持细胞结
构和基本代谢所必需ꎬ并且在生物体的各类细胞及
发育阶段中的表达基本保持一致ꎬ常用的有 18S核
糖体 RNA基因ꎬ25S 核糖体 RNA 基因ꎬ甘油醛 ̄3 ̄
磷酸脱氢酶基因ꎬ肌动蛋白基因ꎬ微管蛋白基因
等[2]ꎮ 近年来的研究发现ꎬ在一些生物和非生物
因素胁迫下ꎬ某些管家基因的表达水平会发生变
化ꎬ如植物病毒在侵染寄主时会影响寄主细胞的进
程ꎬ而这些进程中大多有管家基因编码的因子参
与[3]ꎬ如肌动蛋白(β ̄actin)是细胞骨架微丝的主
要成分ꎬ在体内的表达稳定性高ꎬ常常被人们作为
内参基因ꎬ但是研究发现ꎬ在细胞的生长、分化、化
学物质的刺激和病变状态下ꎬβ ̄actin 基因的表达
会发生改变[4ꎬ 5]ꎬ并不适合作为通用的内参基因ꎮ
因此ꎬ在特定的条件下ꎬ筛选出稳定表达的内参基
因ꎬ不仅能确保 qRT ̄PCR结果的可靠性ꎬ更能保证
后续实验的顺利进行ꎮ
近年来ꎬ气候条件、生态环境失衡等因素造成
水稻病毒病害的发生呈明显的上升趋势ꎮ 水稻黑
条矮缩病和水稻条纹病是水稻中的两个主要病害ꎬ
分别由水稻黑条矮缩病毒 ( Rice black streaked
dwarf virusꎬRBSDV)和水稻条纹病毒(Rice stripe
virusꎬRSV)引起ꎬ在我国至少 20个省、市发生或流
行[6]ꎬ严重威胁我国的粮食生产安全ꎮ RBSDV 和
RSV 均由灰飞虱(Laodelphgax striatellus)为主要
介体进行持久性的传播ꎬ其中 RBSDV 是呼肠孤病
毒科斐济病毒属(Reoviridae Fijivirus)的成员ꎬ属
双链 RNA病毒ꎬ其病害症状为植株浓绿矮缩ꎬ叶
片僵直ꎬ不抽穗或穗小发育不全ꎬ在水稻茎秆上延
着维管束方向有蜡白色的瘤状突起生成[7]ꎻRSV
是纤细病毒属(Tenuivirus)的单链 RNA 病毒ꎬ受
RSV 侵染的水稻在苗期发病ꎬ叶基出现褪绿黄白
斑ꎬ后扩展成与叶脉平行的黄绿相间条纹ꎬ分蘖数
减少ꎬ病株往往提早枯死[8]ꎮ 虽然这两个病毒于
20世纪 60、70 年代就已被发现和鉴定ꎬ但是对于
它们的致病机理的研究仍然进展缓慢[9ꎬ 10]ꎮ 随着
分子生物学研究技术的发展ꎬ病毒与寄主之间的相
互作用、病毒侵染对寄主基因表达调控日益成为
RBSDV和 RSV 病理研究的热点ꎬqRT ̄PCR 技术
正广泛用于相关基因表达调控的研究ꎬ因此筛选出
病毒胁迫下稳定表达的内参基因ꎬ对寄主基因的差
异表达分析起着关键的作用ꎮ 为进一步研究寄主
对 RBSDV 和 RSV 侵染的分子反应ꎬ我们结合 3
个常用的统计学软件 geNormꎬ NormFinder 和
BestKeeper[11ꎬ 12]对 10个常用的内参基因进行了病
毒胁迫下基因表达的稳定性评估ꎮ
1 材料与方法
1.1 材料
水稻材料为日本晴ꎬ在浙江省农科院试验田
(浙江杭州)种植ꎮ 采集 40 ~ 50 日龄ꎬ具有明显黑
条矮缩病和条纹叶枯病症状的水稻苗ꎬ以 Western ̄
blot 方法检测确认带毒后供试ꎬ同期健康水稻苗作
对照ꎮ
1.2 候选内参基因及引物设计
根据前人已经发表的常用内参基因ꎬ筛选出
10个候选的内参基因(表1) [13~15] ꎬ分别为18S、
772
植物病理学报 44卷
Table 1 List of the internal reference genes and the corresponding primers
Gene symbol Gene name GenBank accession No. Primer (5′ ̄3′)
18S 18S ribosomal RNA AF069218.1
F: CTACGTCCCTGCCCTTTGTACA
R: ACACTTCACCGGACCATTCAA
25S 25S ribosomal RNA M11585.1
F: AAGGCCGAAGAGGAGAAAGGT
R: CGTCCCTTAGGATCGGCTTAC
ACT Actin AB047313.1
F: CAGCCACACTGTCCCCATCTA
R: AGCAAGGTCGAGACGAAGGA
β ̄TUB β ̄tubulin D30716.1
F: GCTGACCACACCTAGCTTTGG
R: AGGGAACCTTAGGCAGCATGT
eEF ̄1α
Eukaryotic elongation
factor 1 ̄alpha
GQ848073.1
F: TTCACTCTTGGTGTGAAGCAGAT
R: CTTCCTTCACGATTTCATCGTAA
eIF ̄4a Eukaryotic initiation factor 4a AB046414.1
F: TTGTGCTGGATGAAGCTGATG
R: GGAAGGAGCTGGAAGATATCATAGA
GAPDH
Glyceraldehyde ̄3 ̄
phosphate dehydrogenase
GQ848049.1
F: AGCCAGCATCCTATGATCAGATT
R: GTAACCCAGAATACCCTTGAGTTT
UBC Ubiquitin ̄conjugating enzyme E2 AK059694
F: CCGTTTGTAGAGCCATAATTGCA
R: AGGTTGCCTGAGTCACAGTTAAGTG
UBQ ̄5 Ubiquitin 5 AK061988.1
F: ACCACTTCGACCGCCACTACT
R: ACGCCTAAGCCTGCTGGTT
UBQ ̄10 Ubiquitin 10 AK101547
F: TGGTCAGTAATCAGCCAGTTTGG
R: GCACCACAAATACTTGACGAACAG
25S、ACT、 β ̄TUB、 eEF ̄1α、 eIF ̄4a、GAPDH、UBC、
UBQ ̄5和 UBQ ̄10ꎬ设计的引物由上海铂尚生物技
术有限公司合成ꎮ
1.3 总 RNA的提取与检测
选取感染 RBSDV、RSV 及健康水稻各 6 株ꎬ
分别选取病叶ꎬ混合后定量为 2 gꎬ参照 TRIzol
( Invitrogen)提取 RNA 的方法提取总 RNA[16]ꎬ重
复以上实验ꎬ将获得的总 RNA 混合均匀ꎬ经 1.2%
琼脂糖凝胶电泳检测总 RNA 的完整性ꎬ超微量紫
外分光光度计(Thermo)检测 RNA 的浓度、纯度ꎬ
置于 ̄80℃冰箱保存ꎮ
1.4 cDNA合成与 PCR反应条件优化
参照 FastQuant RT Kit(TIANGEN)试剂盒说
明书ꎬ对总 RNA进行去 DNA 处理后ꎬ用特异性反
向引物合成 cDNA第一链ꎬ42℃孵育 15 minꎬ95℃
孵育 3 min后置于冰上ꎬ得到的 cDNA 4℃保存ꎬ用
于后续实验ꎮ 以合成的 cDNA 为模板ꎬ加入特异
性引物进行 PCR反应ꎮ 扩增产物用 1 %琼脂糖凝
胶电泳检测ꎬ优化反应条件ꎮ
1.5 qRT ̄PCR分析
qRT ̄PCR 反应在 CFX96TM Real ̄time System
(Bio ̄Rad)仪器中进行ꎮ 反应体系包括 iTaq SYBR
Green Supermix(Bio ̄Rad)5 μLꎬ上下游引物各 0.5
μL(5 mM)ꎬcDNA 2 μL(约 20 ng)ꎬ用 MQ 水补
足 10 μLꎮ 反应程序为:94℃预变性 3 minꎻ94℃变
性 20 sꎬ60℃退火 20 sꎬ72℃延伸 15 sꎬ39 个循环ꎻ
65℃ ~ 95℃生成熔解曲线ꎮ qRT ̄PCR 生成的数据
由 Bio ̄Rad CFX Manager 软件读取并导出ꎬ用于后
续实验分析ꎮ
1.6 基因扩增效率及稳定性分析
实时荧光定量 PCR 仪获得的荧光值通过
Excel表格形式输入到 LinReg PCR 软件( http: / /
872
3期 沈江锋ꎬ等:水稻黑条矮缩病毒和水稻条纹叶枯病毒侵染下水稻 qRT ̄PCR内参基因的筛选
LinRegPCR.nl / )进行分析ꎬ计算 PCR 扩增效率和
相关系数(R2 )ꎮ 根据 qRT ̄PCR 仪读取的 Ct 值
( cycle threshold)ꎬ用 geNorm、 Bestkeeper、 Norm ̄
finder软件对各个候选基因在水稻感病样品中的
表达稳定性进行统计学分析ꎬ从而筛选出合适的内
参基因ꎮ
2 结果与分析
2.1 总 RNA质量检测
琼脂糖凝胶电泳显示ꎬ各 RNA 样品的 28S
rRNA和 18S rRNA 条带清晰ꎬ且 28S rRNA 条带
宽度和亮度大于 18S rRNAꎬ无明显降解现象(图
1A)ꎮ 根据紫外分光光度计检测结果ꎬ各样品
A260 / A280比值均在 2.0 左右ꎬ总 RNA 提取的完
整性较好、纯度高ꎬ可以满足后续实验要求ꎮ
2.2 PCR反应条件的优化
以各 RNA转录成的 cDNA 第一链为模板ꎬ通
过普通 PCR 反应选择合适的反应条件ꎮ 优化后
PCR 产物经琼脂糖凝胶电泳检测ꎬ各内参基因
PCR片段大小跟预期一致且条带单一(图 1B)ꎬ说
明各内参基因引物均能特异扩增相应的片段ꎬ适合
进一步 qRT ̄PCR分析ꎮ
2.3 qRT ̄PCR分析
根据 qRT ̄PCR 仪显示ꎬ10 个候选内参基因的
熔解曲线呈单峰状态(图 2)ꎬ说明引物特异性好ꎮ
从 PCR 仪中导出的荧光值数据输入到 LinReg
PCR软件进行分析ꎬ计算单个 PCR 反应的扩增效
率(ER)和线性相关系数 R2值ꎮ ER的默认初始值
为 2ꎬPCR反应的扩增效率越接近 2ꎬR2越接近 1ꎬ
说明扩增效率越好[17]ꎮ 结果显示(表 2)ꎬ各内参
基因的 R2≥0.999ꎬPCR 扩增效率接近 2.0ꎬ符合
qRT ̄PCR对扩增效率的要求ꎮ
2.4 内参基因的表达稳定性分析
为进一步分析这些内参基因在不同水稻样品
中表达的稳定性ꎬ我们采用了 3个常用的统计分析
软件 geNormꎬNormFinder 和 BestKeeper 分别进行
稳定性分析ꎮ
2.4.1 geNorm 分析 geNorm 软件是目前人们在
筛选内参基因中使用最广泛的的软件之一ꎬ通过评
定多个内参基因的稳定性(M值)及合适的内参基
Fig. 1 Agarose gel electrophoresis
A: Total RNAs extracted from virus free(VF)ꎬ RSV ̄or RBSDV ̄infected rice plantsꎻ
B: RT ̄PCR products from candidate reference genes.
972
植物病理学报 44卷
Fig. 2 Melt curves of 10 candidate reference genes
Table 2 Mean Ct values and amplification efficiency of candidate internal reference genes
Gene
symbol
VFa RSVb RBSDVc
Mean(Ct) d SD(±Ct) e Mean(Ct) d SD(±Ct) e Mean(Ct) d SD(±Ct) e
PCR
efficiency
R2
18S 5.27 0.097 5.74 0.072 5.81 0.085 1.51 0.999
25S 6.94 0.053 6.82 0.127 7.09 0.065 1.60 0.999
ACT 23.15 0.006 24.11 0.087 20.87 0.066 1.96 0.999
β ̄TUB 25.33 0.088 25.25 0.050 25.17 0.062 2.00 0.999
eEF ̄1α 20.98 0.296 20.72 0.082 17.70 0.046 2.01 0.999
eIF ̄4a 22.05 0.096 22.65 0.100 19.70 0.085 1.99 1.000
GAPDH 20.11 0.129 21.13 0.073 19.33 0.066 2.03 0.999
UBC 22.53 0.433 22.55 0.106 22.43 0.070 1.95 0.999
UBQ ̄5 23.21 0.064 22.71 0.142 20.85 0.318 2.01 0.999
UBQ ̄10 18.64 0.006 19.85 0.028 18.97 0.088 1.98 0.999
a:Virus free rice plantsꎻ b: RSV ̄infected rice plantsꎻ c: RBSDV ̄infected rice plantsꎻ d: Arithmetic mean of Ct valueꎻ e: Stan ̄
dard deviation of Ct value.
因配对数(Vn / n+1)ꎬ给 qRT ̄PCR反应提供内参基
因选择上的参考ꎮ 该软件基于标准差以 M值作为
评价参数ꎬM值默认为 0.5ꎬ若某个内参基因的 M
值小于 0.5ꎬ可以考虑将其作为内参基因ꎮ 从定量
PCR仪获得各内参基因的 Ct 值ꎬ经 2(  ̄ΔCt )换算后
输入到 geNorm 软件进行分析ꎮ 软件分析结果显
示ꎬ10个候选内参基因在感 RBSDV水稻样品中的
表达稳定性为 UBC = β ̄TUB>25S>UBQ ̄10>18S>
GAPDH>ACT>eIF ̄4a>UBQ ̄5>eEF ̄1α(图 3A)ꎬ其
中 UBC和 β ̄TUB 的 M 值为 0.005ꎬ表达最稳定ꎻ
25SꎬUBQ ̄10ꎬ18SꎬGAPDH 的 M 值都小于 0.5ꎬ也
可以作为内参基因的选择对象ꎮ 在感 RSV的水稻
样品中ꎬ10个候选内参基因的表达稳定性为 UBC
=25S>β ̄TUB>eEF ̄1α>UBQ ̄5>18S>eIF ̄4a>ACT>
GAPDH>UBQ ̄10(图 3B)ꎮ 除 UBQ ̄V10 外ꎬ其余
基因的 M 值都小于 0. 5ꎬ都适合作为内参基因ꎮ
Vandesompele等[18]取 M<0.7 作为取舍标准ꎬ根据
此标准ꎬ这 10 个候选基因都适合作为内参基因ꎮ
其中 UBC和 25S的 M 值为 0.013ꎬβ ̄TUB 的 M 值
为 0.029ꎬ在 RSV侵染后的水稻中表达更稳定ꎮ
082
3期 沈江锋ꎬ等:水稻黑条矮缩病毒和水稻条纹叶枯病毒侵染下水稻 qRT ̄PCR内参基因的筛选
Fig. 3 Expression stability of the candidate reference genes assessed by geNorm analysis
A: Expression stability of the candidate reference genes in RBSDV ̄infected rice plantsꎻ
B: Expression stability of the candidate reference genes in RSV ̄infected rice plantsꎻ
C: The pairwise variation value of reference genes in two virus ̄infected rice plants.
182
植物病理学报 44卷
geNorm软件通过分析多个内参基因的组合差
异值 Vn / n+1ꎬ能够确定某特定条件下 qRT ̄PCR所
需内参基因的最优数目ꎬVn / n+1 默认值为 0.15ꎮ
由图 3C 可知ꎬV2 / 3RBSDV = 0.077<0.15ꎬV2 / 3RSV =
0.012<0.15ꎬ说明 RBSDV和 RSV侵染的水稻样品
都没有必要引入第 3 个内参基因来消除差异ꎮ 因
此ꎬ在对 RBSDV 和 RSV 侵染样品的 qRT ̄PCR 分
析中ꎬ根据 M值以及最适合的基因配对数ꎬ最佳的
组合分别为为 β ̄TUB / UBC和 25S / UBCꎮ
2.4. 2 Normfinder 分析 跟 gNorm 软件一样ꎬ
NormFinder也通过 M值的大小对候选的内参基因
进行筛选ꎬM值越小ꎬ基因表达越稳定ꎻM 值越大ꎬ
越不稳定ꎮ 由图 4A 可见ꎬ感染 RBSDV 样品的 M
值由大到小的排列为 eEF ̄1α>18S>UBQ ̄5>eIF ̄4a
>25S>ACT>UBQ ̄10>β ̄TUB>UBC>GAPDHꎬ其中
GAPDH的M值最小ꎬ为表达最稳定的基因ꎬ其次为
UBC和 β ̄TUBꎮ 在感染 RSV的样品中(图 4B)ꎬM
值由大到小的排列为 UBQ ̄10 >eEF ̄1α >UBQ ̄5>
GAPDH>ACT>UBC>25S>18S>β ̄TUB>eIF ̄4aꎬ其中
表达最稳定的是 eIF ̄4aꎬ其次为 β ̄TUBꎮ
2.4.3 Bsetkeeper 分析 Bsetkeeper 软件是通过比
较标准差(SD)、变异系数(CV)来分析各候选基因
的稳定性的ꎬSD 值越小ꎬCV 值越小ꎬ基因的稳定
性越好ꎮ 当候选内参基因的 SD 值大于默认值 1
时ꎬ说明稳定性不好ꎮ 如表 3ꎬRBSDV 样品中ꎬ
ACT、eIF ̄4a、UBQ ̄5和 eEF ̄1α 的 SD值都大于 1ꎬ
Fig. 4 Expression stability of the candidate reference genes assessed by NormFinder analysis
A: Expression stability of the candidate reference genes in RBSDV ̄infected rice plantsꎻ
B: Expression stability of the candidate reference genes in RSV ̄infected rice plants.
282
3期 沈江锋ꎬ等:水稻黑条矮缩病毒和水稻条纹叶枯病毒侵染下水稻 qRT ̄PCR内参基因的筛选
Table 3 Gene expression stability of 10 candidate reference genes calculated by BestKeeper
Gene
Symbol
RBSDV RSV
na SD [± Ct] CV [% Ct] b na SD [± Ct] CV [% Ct] b
18S 12 0.306 5.352 12 0.313 5.474
25S 12 0.107 1.515 12 0.118 1.691
ACT 12 1.100 4.973 12 0.501 2.111
β ̄TUB 12 0.096 0.379 12 0.126 0.495
eIF ̄4a 12 1.206 5.766 12 0.305 1.358
GAPDH 12 0.32 1.610 12 0.535 2.585
UBQ ̄5 12 1.228 5.539 12 0.244 1.052
UBQ ̄10 12 0.131 0.693 12 0.673 3.459
eEF ̄1α 12 1.592 8.164 12 0.238 1.143
UBC 12 0.198 0.877 12 0.193 0.851
a: Number of samplesꎻ b: Coefficient of variation expressed as the percentage of the Ct value.
Table 4 Ranking of the candidate reference genes according to their stability value
calculated using geNormꎬ NormFinder and BestKeeper analyses in RBSDV ̄infected rice plants
Gene Symbol
geNorm NormFinder BestKeeper
Stability value Ranking order Stability value Ranking order Stability value Ranking order
β ̄TUB 0.005 1 0.405 3 0.096 1
UBC 0.005 1 0.357 2 0.198 4
25S 0.156 3 0.611 6 0.107 2
UBQ ̄10 0.170 4 0.556 4 0.131 3
18S 0.270 5 0.891 9 0.306 5
GAPDH 0.352 6 0.221 1 0.320 6
ACT 0.699 7 0.563 5 1.100 7
eIF ̄4a 0.898 8 0.768 7 1.206 8
UBQ ̄5 0.996 9 0.816 8 1.228 9
eEF ̄1α 1.137 10 1.120 10 1.592 10
在筛选过程中应当舍去ꎬ剩下的基因根据 SD 和
CV的比较ꎬ稳定性排序为 β ̄TUB>25S>UBC>18S
>UBQ ̄10>GAPDHꎻ在 RSV 样品中ꎬSD 值都小于
1ꎬ稳定性排序为 25S>β ̄TUB>UBC>eEF ̄1α>UBQ ̄
5>eIF ̄4a>18S>ACT>GAPDH>UBQ ̄10ꎮ
geNorm、NormFinder 和 BestKeeper 这 3 个主
流的测评软件对 10个候选的内参基因进行稳定性
评价结果显示(表 4ꎬ表 5)ꎬgeNorm 和 BestKeeper
的评价结果比较一致ꎬNormFinder 的结果跟其它
两个软件的结果有部分差别ꎮ 在 RBSDV 侵染下
(表 4)ꎬgeNorm和 BestKeeper的评价结果中ꎬ稳定
性排前四的 4个内参都是 β ̄TUBꎬUBCꎬ25SꎬUBQ ̄
10ꎬ而在 NormFinder 的结果中ꎬ25S 稳定性排在第
6ꎬ排第 1 的是 GAPDHꎮ 同样地ꎬ在 RSV 侵染下
(表 5)ꎬNormFider 的评价结果跟另外两个结果不
太一致ꎮ 在 NormFinder 中稳定性最高的 eIF ̄4aꎬ
在 geNorm 和 BestKeeper 中分别排在第 7 和第 6
位ꎬ而 geNorm和 BestKeeper中排名第 4的 eEF ̄1α
382
植物病理学报 44卷
Table 5 Ranking of the candidate reference genes according to their stability value
calculated using geNormꎬ NormFinder and BestKeeper analyses in RSV ̄infected rice plants
Gene symbol
geNorm NormFinder BestKeeper
Stability value Ranking order Stability value Ranking order Stability value Ranking order
25S 0.013 1 0.246 5 0.118 1
UBC 0.013 1 0.135 4 0.193 3
β ̄TUB 0.029 3 0.095 2 0.126 2
eEF ̄1α 0.165 4 0.548 9 0.238 4
UBQ ̄5 0.195 5 0.434 8 0.244 5
18S 0.317 6 0.133 3 0.313 7
eIF ̄4a 0.361 7 0.030 1 0.305 6
ACT 0.441 8 0.326 6 0.501 8
GAPDH 0.486 9 0.369 7 0.535 9
UBQ ̄10 0.542 10 0.579 10 0.673 10
在 NormFider中排在了第 9 位ꎮ 虽然 3 个软件的
评价结果有差异ꎬ但是在舍去变化较大的数值后ꎬ
大部分候选内参基因的稳定性较一致ꎮ geNorm软
件对内参基因的配对数分析结果表明ꎬRBSDV 和
RSV 侵染条件下ꎬ都只需两个内参基因就能很好
的满足实验条件的校正ꎮ 因此ꎬ在 RBSDV 侵染的
水稻样品中ꎬUBC 和 β ̄TUB 这两个基因的稳定性
较高ꎬ适合作为内参基因ꎻ在 RSV侵染条件下ꎬ25S
和 UBC这两个基因的稳定性也很高ꎬ然而 25S 和
18S的 Ct值过小ꎬ两基因的表达丰度远高于其他
基因ꎬ导致 PCR反应中背景过高ꎬ不适合作为内参
基因ꎮ 因此ꎬ在 RSV 侵染条件下ꎬUBC 和 β ̄TUB
是最适合的内参基因组合ꎮ
3 讨论
在水稻研究领域ꎬ关于筛选稳定的内参基因的
研究已经有了大量的报道ꎬ一些传统的看家基因如
18S rRNAꎬ25S rRNAꎬACTꎬGAPDH等ꎬ在各阶段各
组织的表达水平稳定可靠ꎬ成为了内参基因的首
选[19]ꎮ 随着研究材料和研究手段的多样化ꎬ这些
看似稳定的内参基因在一些特殊条件(如病原物
的入侵)下ꎬ表达水平发生了改变ꎮ Jessica 等[20]在
研究植物病原细菌 Pseudomonas syringae pv.
tomato DC3000对拟南芥细胞骨架的影响中发现ꎬ
受 DC3000病原菌的侵染ꎬ拟南芥幼苗细胞内的肌
动蛋白丝( actin filament)的密度增大ꎬ导致 actin
的积累水平升高ꎮ Tilsner 等[21]的研究显示ꎬ马铃
薯病毒(Potato virus XꎬPVX)的 TGB1 基因能够利
用寄主细胞的 actin、内质网 ( endoplasmic reticu ̄
lum) 和高尔基体 ( golgi )ꎬ 病毒包涵体结构
“X ̄body”ꎬ从而影响寄主细胞的 ACT表达ꎮ 因此ꎬ
我们不能随意选择这些看家基因作为内参ꎮ 然而ꎬ
在水稻研究中ꎬ病毒胁迫下的内参基因筛选工作鲜
有报道ꎮ 2011 年ꎬMaroniche 等[12]对 RBSDV 和
RSV的传播介体灰飞虱的内参基因选择进行了报
道ꎬ选择材料为感染了里奥夸尔托病毒(Mal de
Rio Cuarto virusꎬMRCV)的灰飞虱ꎬ而非感 RBS ̄
DV和 RSV的植株ꎮ 2013 年ꎬ中国农业大学的研
究人员[22]选择了多种受病毒侵染的单子叶植物为
材料ꎬ对各条件下的内参基因的稳定性进行了评
价ꎬ同样地ꎬ他们选择的受 RBSDV 侵染的材料为
玉米ꎬ而非水稻ꎮ 因此ꎬ本研究以 RBSDV 和 RSV
侵染的水稻为材料ꎬ选择水稻研究中常用的看家基
因作为候选的内参基因ꎬ既是对前人研究工作内容
的一个延伸ꎬ也填补了 RBSDV 和 RSV 与水稻互
作研究中内参基因筛选的空白ꎮ
标准曲线法是人们根据 Bustin[23]提出的 qRT ̄
PCR最低标准指南(MIQE指南)计算 qRT ̄PCR扩
增效率最常用的方法之一ꎬ需要对每个基因的模板
进行至少 5个浓度梯度的稀释ꎮ 在该计算方法中ꎬ
人为假定了 PCR 反应在指数扩增期相等ꎬ却忽略
了模板制备过程中盐、酚、氯仿等有毒物质对酶活
482
3期 沈江锋ꎬ等:水稻黑条矮缩病毒和水稻条纹叶枯病毒侵染下水稻 qRT ̄PCR内参基因的筛选
性的影响ꎬ随着模板稀释倍数增大ꎬ有毒物质也被
相应的稀释ꎬ这就造成了梯度稀释的样品本身的扩
增效率不一致ꎬ使得标准曲线法获得的结果跟真实
值存在差异[17]ꎮ 因此ꎬ国外的一些学者只是把标
准曲线作为确定模板的起始浓度的一个工具ꎬ更多
的是选择一些计算机软件来获得扩增效率[24]ꎮ 本
研究中选择了常用的 LinRegPCR 软件来计算
qRT ̄PCR的扩增效率ꎬ该软件是利用每个 PCR 反
应获得的真实扩增曲线来获得我们需要的荧光值ꎬ
再经过软件分析计算即可获得每个基因的扩增效
率和 R2ꎬ不仅省时省力ꎬ而且获得的结果可信度更
高ꎮ
18S rRNA 和 25S rRNA 是水稻中使用最多的
两个内参基因ꎬ根据 qPCR获得的 Ct 值显示ꎬ这两
个基因在水稻中的表达丰度远远高于其他基因的
mRNA水平ꎬ在 qPCR 数据分析时很难去除基准
线ꎬ从而导致扩增效率计算值过低ꎮ 因此ꎬ根据文
中 3个软件的评价中ꎬ虽然 25S rRNA 的稳定性较
好ꎬ但是不适合作为感 RBSDV 和 RSV 水稻的内
参基因ꎮ 此外ꎬ根据 3个软件对候选内参基因的评
价结果ꎬ相同的水稻品种在不同的病毒侵染条件
下ꎬ10个候选内参基因也显示出不同的稳定性ꎮ
在感 RBSDV的水稻中ꎬ评价稳定性的 M 值和 SD
值大于默认值的基因有一半以上ꎻ而在 RSV 的材
料中ꎬ这些内参基因的稳定性基本在默认值以下ꎮ
由此表明ꎬ在 RBSDV 侵染下ꎬ这些看家基因在水
稻中更容易受到病毒的影响ꎬ必须要对这些看家基
因进行稳定性分析ꎬ以选择合适的内参基因ꎻ而
RSV 对这些看家基因的稳定性表达影响不是很
大ꎬ大多可以作为 qPCR中的内参基因ꎮ 结合各软
件的评价结果ꎬ在 RBSDV 条件下ꎬUBC 和 β ̄TUB
适合作为内参基因ꎻ在 RSV条件下ꎬ各候选的内参
基因基本适合作为内参基因ꎬ但是 UBC 和 β ̄TUB
表达稳定性更好ꎬ更适合作为内参基因ꎮ 因此ꎬ
UBC和 β ̄TUB适合作为 RBSDV和 RSV侵染下水
稻的通用内参基因ꎮ
参考文献
[1] Bustin S A. Absolute quantification of mRNA using re ̄
al ̄time reverse transcription polymerase chain reaction
assays [ J ] . Journal of Molecular Endocrinologyꎬ
2000ꎬ 25(2): 169 ̄193.
[2] Radonic Aꎬ Thulke Sꎬ Mackay I Mꎬ et al. Guideline
to reference gene selection for quantitative real ̄time
PCR [J] . Biochemical and Biophysical Research Com ̄
municationsꎬ 2004ꎬ 313(4): 856 ̄862.
[3] Nicot Nꎬ Hausman Jꎬ Hoffmann Lꎬ et al. Housekeep ̄
ing gene selection for real ̄time RT ̄PCR normalization
in potato during biotic and abiotic stress [ J] . Journal
of Experimental Botanyꎬ 2005ꎬ 56(421): 2907 ̄2914.
[4] Selvey Sꎬ Thompson E Wꎬ Matthaei Kꎬ et al. β ̄Ac ̄
tin ̄an unsuitable internal control for RT ̄PCR [J] . Mo ̄
lecular and Cellular Probesꎬ 2001ꎬ 15(5): 307 ̄311.
[5] Ruan Wꎬ Lai M. Actinꎬ a reliable marker of internal
control? [ J] . Clinica Chimica Actaꎬ 2007ꎬ 385(1):
1 ̄5.
[6] Sun X Tꎬ Cui R Qꎬ He H Hꎬ et al. Quick detection of
SRBSDV and RBSDV by duplex RT ̄PCR [ J] . Acta
Agriculturae Universitatis Jiangxiensis(江西农业大学
学报)ꎬ 2012(05): 914 ̄917.
[7] Chen S YꎬHong JꎬLU Y Pꎬet al. Study on the relation
between RBSDV infecting stages in maize vein cell and
active transmission of Laodelphax striatellus fallen
[ J] . Virologica Sinica(中国病毒学)ꎬ 2004(02): 58 ̄
62.
[8] Zhu Y Fꎬ Hayakawa Tꎬ Toriyama S. Complete nucleo ̄
tide sequence of RNA 4 of Rice stripe virus isolate Tꎬ
and comparison with another isolate and with Maize
stripe virus [ J] . Journal of General Virologyꎬ 1992ꎬ
73(5): 1309 ̄1312.
[9] Kakutani Tꎬ Hayano Yꎬ Hayashi Tꎬ et al. Ambisense
segment 4 of Rice stripe virus: possible evolutionary
relationship with phleboviruses and uukuviruses (Bun ̄
yaviridae) [ J] . Journal of General Virologyꎬ 1990ꎬ
71(7): 1427 ̄1432.
[10] Zhang Hꎬ Chen Jꎬ Lei Jꎬ et al. Sequence analysis
shows that a dwarfing disease on riceꎬ wheat and maize
in China is caused by Rice black ̄streaked dwarf virus
[J] . European Journal of Plant Pathologyꎬ 2001ꎬ 107
(5): 563 ̄567.
[11] Liu Dꎬ Shi Lꎬ Han Cꎬ et al. Validation of reference
genes for gene expression studies in virus ̄infected
Nicotiana benthamiana using quantitative real ̄time
PCR [J] . PloS Oneꎬ 2012ꎬ 7(9): e46451.
582
植物病理学报 44卷
[12] Maroniche G Aꎬ Sagadín Mꎬ Mongelli V Cꎬ et al.
Reference gene selection for gene expression studies
using RT ̄qPCR in virus ̄infected planthoppers [ J ] .
Virology Journalꎬ 2011ꎬ 8(1): 308.
[13] Jain Mꎬ Nijhawan Aꎬ Tyagi A Kꎬ et al. Validation of
housekeeping genes as internal control for studying
gene expression in rice by quantitative real ̄time PCR
[J] . Biochemical and Biophysical Research Communi ̄
cationsꎬ 2006ꎬ 345(2): 646 ̄651.
[14] Kim Bꎬ Nam Hꎬ Kim Sꎬ et al. Normalization of
reverse transcription quantitative ̄PCR with housekeep ̄
ing genes in rice [J] . Biotechnology Lettersꎬ 2003ꎬ 25
(21): 1869 ̄1872.
[15] Li Qꎬ Sun S Sꎬ Yuan Dꎬ et al. Validation of candidate
reference genes for the accurate normalization of real ̄
time quantitative RT ̄PCR data in rice during seed de ̄
velopment [ J ] . Plant Molecular Biology Reporterꎬ
2010ꎬ 28(1): 49 ̄57.
[16] Singh Gꎬ Kumar Sꎬ Singh P. A quick method to iso ̄
late RNA from wheat and other carbohydrate ̄rich seeds
[ J] . Plant Molecular Biology Reporterꎬ 2003ꎬ 21(1):
93.
[17] Ramakers Cꎬ Ruijter J Mꎬ Deprez R Hꎬ et al.
Assumption ̄free analysis of quantitative real ̄time poly ̄
merase chain reaction (PCR) data [ J] . Neuroscience
Lettersꎬ 2003ꎬ 339(1): 62 ̄66.
[18] Vandesompele Jꎬ De Preter Kꎬ Pattyn Fꎬ et al. Accu ̄
rate normalization of real ̄time quantitative RT ̄PCR da ̄
ta by geometric averaging of multiple internal control
genes [J] . Genome Biologyꎬ 2002ꎬ 3(7): H34.
[19] Brunner Aꎬ Yakovlev Iꎬ Strauss S. Validating internal
controls for quantitative plant gene expression studies
[J] . BMC Plant Biologyꎬ 2004ꎬ 4(1): 14.
[20] Jessica Lꎬ Shimono Mꎬ Li Jꎬ et al. The plant actin
cytoskeleton responds to signals from microbe ̄associa ̄
ted molecular patterns [ J] . PLoS Pathogensꎬ 2013ꎬ 9
(4): e1003290.
[21] Tilsner Jꎬ Linnik Oꎬ Wright K Mꎬ et al. The TGB1
movement protein of Potato virus X reorganizes actin
and endomembranes into the X ̄bodyꎬ a viral replica ̄
tion factory [ J] . Plant Physiologyꎬ 2012ꎬ 158 ( 3):
1359 ̄1370.
[22] Zhang Kꎬ Niu Sꎬ Di Dꎬ et al. Selection of reference
genes for gene expression studies in virus ̄infected
monocots using quantitative real ̄time PCR [ J ] .
Journal of Biotechnologyꎬ 2013ꎬ 168(1): 7 ̄14.
[23] Bustin S Aꎬ Benes Vꎬ Garson J Aꎬ et al. The MIQE
guidelines: minimum information for publication of
quantitative real ̄time PCR experiments [ J] . Clinical
Chemistryꎬ 2009ꎬ 55(4): 611 ̄622.
[24] Karlen Yꎬ Mcnair Aꎬ Perseguers Sꎬ et al. Statistical
significance of quantitative PCR [ J] . BMC Bioinfor ̄
maticsꎬ 2007ꎬ 8: 131.
责任编辑:李晖
682