全 文 ：书马铃薯犛犌犃狊合成代谢途径末端犛犌犜
酶基因克隆及序列分析
牛继平１，２，３，张金文１，２，王旺田１，２，王蒂１，２，陆艳梅１，２，张俊莲１，２
（１．甘肃省作物遗传改良与种质创新重点实验室，甘肃 兰州７３００７０；２．甘肃省干旱生境作物学重点实验室，
甘肃 兰州７３００７０；３．甘肃农业大学生命科学技术学院，甘肃 兰州７３００７０）
摘要：糖苷生物碱（ＳＧＡｓ）是一类存在于茄科植物和百合科植物的重要次生代谢物，与植物抗逆性和产品品质有密
切关系，同时在医药上具有广泛的药理学活性。茄啶：糖基转移酶（ＳＧＴ）为ＳＧＡｓ合成代谢途径末端关键酶，研究
其基因结构及其编码的酶蛋白特性，对于调控植物体内ＳＧＡｓ合成及其通过微生物发酵生产ＳＧＴｓ有重要的作用
和意义。通过生物信息学分析方法预测３个糖基转移酶ｃＤＮＡ编码的酶蛋白结构和特性。以马铃薯块茎表皮总
ＲＮＡ为模板，采用ＲＴ－ＰＣＲ的方法扩增出３个糖基转移酶（ＳＧＴ１、ＳＧＴ２和ＳＧＴ３）基因片段并克隆到ｐＭＤＲ１９Ｔ
载体。阳性克隆经ＰＣＲ鉴定后进行测序，序列分析结果表明，克隆到的狊犵狋１、狊犵狋２和狊犵狋３三个同源的序列片段
（１４６７～１５１８ｂｐ），编码４８８～５０５个氨基酸；所得序列与 ＧｅｎＢａｎｋ中注册的高等植物ＳＧＴ酶基因核苷酸序列
（Ｕ８２３６７．２、ＤＱ２１８２７６．１和ＤＱ２６６４３７）的同源性均在９９．１２％以上，氨基酸同源性达到９９％以上，３个基因都具
有ＵＤＰＧ糖基转移酶保守结构域及许多重要功能位点；ＰＩ为５．５２～５．６２。三级结构预测表明，该氨基酸同糖基转
移酶单体结构模型相似，都为糖基转移酶家族成员，具有合成类固醇糖苷生物碱的功能，基因序列已注册到 Ｇｅｎ
Ｂａｎｋ，序列注册号分别为：狊犵狋１，ＪＮ６９５００５；狊犵狋２，ＪＮ６９５００６；狊犵狋３，ＨＭ１８８４４７。
关键词：马铃薯；糖苷生物碱；茄啶糖苷转移酶；基因克隆；生物信息学分析
中图分类号：Ｑ９４３．２；Ｓ５３２．０３　　文献标识码：Ａ　　文章编号：１００４５７５９（２０１２）０３０１０６１１
　　甾醇类糖苷生物碱（ｓｔｅｒｏｉｄａｌｇｌｙｃｏａｌｋａｌｏｉｄｓ，ＳＧＡｓ，简称糖苷生物碱）是一类广泛存在于茄科（Ｓｏｌａｎａｃｅａｅ）、
某些百合科（Ｌｉｌｉａｃｅａｅ）植物及一些微生物中的次生代谢物，具有广泛的生态学效应，如抵御病原微生物侵袭和拒
避食草昆虫采食，在医疗上还具有广泛的药理学活性，如抗菌、抗病毒、抗原虫、抗炎、抗肿瘤、强心、抗胆碱酯酶
等［１３］。马铃薯（犛狅犾犪狀狌犿狋狌犫犲狉狅狊狌犿）栽培种中，α茄碱（αｓｏｌａｎｉｎｅ，又称龙葵素）和α卡茄碱（αｃｈａｃｏｎｉｎｅ）为主要
的甾醇类糖苷生物碱，占总生物碱的９５％［４］，可增强植株对病原物及非生物逆境的抗性，并且这２种生物碱具有
协同增效作用［５］，但块茎中ＳＧＡｓ含量过高对人和动物会产生明显的剧毒性和潜在的慢毒性，主要是麻痹呼吸系
统和运动中枢神经系统，并有溶血和刺激、腐蚀粘膜的作用，含量超过一定值（２０ｍｇ／１００ｇＦＷ）时严重影响其食
味和食用安全性［６］，甚至有致畸和致死的可能。在不同发育时期和不同器官中，马铃薯的ＳＧＡｓ积累量有很大差
异［７９］，该基因很可能也受干旱、高盐、低温及激素等逆境胁迫的诱导，并在这些诱导条件下其表达量可能会显著
升高［１０］，这有待进一步的研究。因此，调控不同器官中ＳＧＡｓ的分布和含量，对于协调抗性及品质之间的矛盾至
关重要。
前人研究认为，ＳＧＡｓ生物合成过程可分为３个阶段（图１），其中第１和第２阶段（乙酰ＣｏＡ…→环阿乔醇）
为初级代谢，而由环阿乔醇转变为油菜素内酯（ｂｒａｓｓｉｎｏｌｉｄｅ）、谷甾醇（ｓｔｉｇｍａｓｔｅｒｏｌ）或ＳＧＡｓ的第３阶段为次生
代谢［１１］。中间代谢物环阿乔醇（ｃｙｃｌｏａｒｔｅｎｏｌ）为分支点，其甲基化为油菜素内酯和谷甾醇合成支路，而糖基化则
朝着ＳＧＡｓ合成方向进行。ＳＧＴｓ合成代谢支路的末端茄啶糖基转移酶（ｓｏｌａｎｉｄｉｎｅｇｌｙｃｏｓｙｌｔｒａｎｓｆｅｒａｓｅｓ，ＳＧＴｓ）
是茄碱或卡茄碱合成的关键限速酶，其中茄啶葡萄糖基转移酶（ｓｏｌａｎｉｄｉｎｅｇｌｕｃｏｓｙｌｔｒａｎｓｆｅｒａｓｅ，ＳＧＴ２）和茄啶半
１０６－１１６
２０１２年６月
　　　草　业　学　报　　　
　　　ＡＣＴＡＰＲＡＴＡＣＵＬＴＵＲＡＥＳＩＮＩＣＡ　　　
第２１卷　第３期
Ｖｏｌ．２１，Ｎｏ．３
收稿日期：２０１１１２０５；改回日期：２０１２０２１６
基金项目：科技部国家重点基础研究发展计划（９７３计划）前期项目（２０１０ＣＢ１３４４０４）和甘肃省自然科学基金项目（０７１０ＲＪＺＡ０８８）资助。
作者简介：牛继平（１９８３），男，甘肃陇南人，在读硕士。Ｅｍａｉｌ：ｎｉｕｊｉｐｉｎｇ０５１３＠１６３．ｃｏｍ
通讯作者。Ｅｍａｉｌ：ｊｗｚｈａｎｇ３０５＠１６３．ｃｏｍ，ｗａｎｇｄ＠ｇｓａｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
乳糖基转移酶（ｓｏｌａｎｉｄｉｎｅｇａｌａｃｔｏｓｙｌｔｒａｎｓｆｅｒａｓｅ，ＳＧＴ１）分别催化产生γ－查茄碱和γ茄碱，鼠李糖基转移酶（ｓｏ
ｌａｎｉｄｉｎｅｒｈａｍｎｏｓｙｌｔｒａｎｓｆｅｒａｓｅ，ＳＧＴ３）催化β查茄碱和β茄碱转化为α查茄碱和α茄碱。Ｍｏｅｈｓ等
［１２］和 ＭｃＣｕｅ
等［１３，１４］已鉴定并克隆了狊犵狋１、狊犵狋２和狊犵狋３基因的ｃＤＮＡ序列。本研究通过调控ＳＧＡｓ合成代谢末端糖基转移酶
基因的表达及其在植物体内空间分布，成为茄科植物品质和抗性育种的重要研究内容，但对这３个基因编码的酶
蛋白结构和功能方面的研究未见报道。本研究采用ＲＴ－ＰＣＲ方法克隆了马铃薯块茎的狊犵狋１、狊犵狋２和狊犵狋３的
ｃＤＮＡ，并通过生物信息学分析方法预测了ＳＧＴ１、ＳＧＴ２和ＳＧＴ３的结构、性质和功能，为进一步分离酶蛋白和
研究其活性提供理论基础，并为调控植物体内ＳＧＡｓ的空间分布以及在其他遗传系统中表达提供必要的理论基础。
图１　甾醇类糖苷生物碱生物合成简图
犉犻犵．１　犛犻犿狆犾犻犳犻犲犱犫犻狅狊狔狀狋犺犲狋犻犮狆犪狋犺狑犪狔犳狅狉狊狋犲狉狅犻犱犪犾犵犾狔犮狅犪犾犽犪犾狅犻犱狊
　丙酮酸Ｐｙｒｕｖｉｃａｃｉｄ；辅酶ＡＣｏｅｎｚｙｍｅＡ；３羟基３甲基戊二酰ＣｏＡ还原酶３ｈｙｄｒｏｘｙ３ｍｅｔｈｙｌｇｌｕｔａｒｙｌｃｏｅｎｚｙｍｅＡｒｅｄｕｃｔａｓｅ；乙酰辅酶ＡＡｃｅ
ｔｙｌＣｏＡ；异戊烯焦磷酸Ｉｓｏｐｅｎｙｌｄｉｐｈｏｓｐｈａｔｅ；法呢基焦磷酸Ｆａｒｎｅｓｙｌｄｉｐｈｏｓｐｈａｔｅ；倍半萜类Ｓｅｓｑｕｉｔｅｒｐｅｎｅｓ；鲨烯合酶Ｓｑｕａｌｅｎｅｓｙｎｔｈａｓｅ；２，３氧
化鲨烯环化酶２，３ｏｘｉｄｏｓｑｕａｌｅｎｅ；其他三萜类 Ｏｔｈｅｒｔｒｉｔｅｒｐｅｎｅｓ；环阿乔醇Ｃｙｃｌｏａｒｔｅｎｏｌ；甾醇Ｃ２４甲基转移酶ＳｔｅｒｏｌＣ２４ｍｅｔｈｙｌｔｒａｎｓｆｅｒａｓｅ；谷甾
醇Ｓｉｔｏｓｔｅｒｏｌ；芸苔甾醇Ｃａｍｐｅｓｔｅｒｏｌ；芸苔类固醇Ｂｒａｓｓｉｎｏｓｔｅｒｏｉｄｓ；胆固醇Ｃｈｏｌｅｓｔｅｒｏｌ；茄啶Ｓｏｌａｎｉｄｉｎｅ；茄碱Ｓｏｌａｎｉｎｅ；查茄碱Ｃｈａｃｏｎｉｎｅ；茄啶：糖
基转移酶Ｓｏｌａｎｉｄｉｎｅ：ＵＤＰｇｌｕｃｏｓｙｌｔｒａｎｓｆｅｒａｓｅ（ＳＧＴ）．
１　材料与方法
１．１　材料
１．１．１　实验样品　根据前期研究，红光诱导下马铃薯普通四倍体栽培种“庄薯３号”的ＳＧＡｓ含量剧增，因此选
用此品种为实验材料，其试管薯由甘肃省作物遗传改良与种质创新重点实验室提供。该基因是光敏感基因型，在
长日照与短日照条件下昼夜２４ｈ的表达存在明显差异，不同的光周期ＳＧＡｓ含量的积累有差异［１５］，本实验所用
的材料在人工气候箱中，１０℃、红光照射试管薯４８ｈ后，用解剖刀削０．０５ｍｍ表皮，加液氮速冻并贮于－８０℃超
低温冰箱备用。整个试验于２０１０年１１月－２０１１年９月在甘肃省作物遗传改良与种质创新重点实验室进行。
１．１．２　菌株与载体　大肠杆菌（犈狊犮犺犲狉犻犮犺犻犪犮狅犾犻）菌株ＤＨ５α由本实验室保存，ｐＭＤＲ１９ＴＶｅｃｔｏｒ（Ａｍｐｒ）购自
宝生物工程（大连）有限公司。
７０１第２１卷第３期 草业学报２０１２年
１．１．３　主要试剂　总ＲＮＡ提取试剂盒（ＲＮＡｓｉｍｐｌｅＴｏｔａｌＲＮＡＫｉｔ）、反转录试剂盒（ＱｕａｎｔｓｃｒｉｐｔＲＴＫｉｔ）和普
通琼脂糖凝胶ＤＮＡ片段回收试剂盒（ＴＩＡＮｇｅｎＭｉｄｉＰｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎＫｉｔ）购自天根生化科技有限公司。ＴａｑＤＮＡ
聚合酶、ＰｆｕＤＮＡ聚合酶、ｄＮＴＰｓ、焦碳酸二乙酯（ＤＥＰＣ）、限制性内切酶购自上海宝生物工程有限公司，其他药
品试剂均为进口或国产分析纯。
１．２　方法
１．２．１　马铃薯块茎总ＲＮＡ提取　利用总ＲＮＡ提取试剂盒提取“庄薯３号”试管薯表皮层总ＲＮＡ；加入ＤＮａｓｅＩ
去除可能存在的基因组ＤＮＡ，将提取的总ＲＮＡ进行小分装，一部分于－８０℃保存备用，另一部分用于紫外分光
光度仪测定和琼脂糖凝胶电泳检测。
１．２．２　马铃薯块茎组织第１链ｃＤＮＡ合成　按照天根生化科技有限公司的Ｑｕａｎｔｓｃｒｉｐｔ第１链ｃＤＮＡ合成试
剂盒说明进行操作，合成后－２０℃保存备用。
１．２．３　３个糖基转移酶基因引物设计　通过ＧｅｎＢａｎｋ中已报道的茄啶半乳糖基转移酶ＳＧＴ１（ＤＱ２１８２７６．１）、
茄啶葡萄糖基转移酶ＳＧＴ２（Ｕ８２３６７．２）、和鼠李糖基转移酶ＳＧＴ３（ＤＱ２６６４３７）三个基因的ｃＤＮＡ序列，利用分
子生物学软件Ｏｌｉｇｏ６．０和Ｐｒｅｍｅｒ５．０设计特异性克隆引物各１对（表１）。
表１　目的基因犘犆犚扩增引物
犜犪犫犾犲１　犛狆犲犮犻犳犻犮犘犆犚狆狉犻犿犲狉犳狅狉狋犪狉犵犲狋犵犲狀犲狊
基因Ｇｅｎｅ 引物序列Ｐｒｉｍｅｒｓｓｅｑｕｅｎｃｅ（５′－３′） 退火温度Ａｎｎｅａｌｉｎｇｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ（℃） 产物长度Ｌｅｎｇｔｈｏｆｐｒｏｄｕｃｔ（ｂｐ）
狊犵狋１ Ｆ：ＣＧＡＣＡＡＴＧＧＴＡＧＣＡＡＣＣＴＧＣＡＡＣ ５４．８ １５０５
Ｒ：ＣＧＣＡＣＣＡＡＧＴＴＡＣＡＡＴＧＣＡＡＧＧＡＣ
狊犵狋２ Ｆ：ＣＧＡＣＡＡＴＧＧＡＴＡＡＣＧＧＧＡＧＣＡＡＧＣＡＡＣＴ ５７．５ １４９７
Ｒ：ＣＧＣＣＣＡＧＣＣＣＴＡＧＴＣＧＡＡＡＣＴＴＴＡＡＧ
狊犵狋３ Ｆ：ＣＧＡＣＡＡＴＧＧＣＧＡＴＧＧＡＡＣＡＧＡＡＴＧＡＡＧ ５５．５ １５１８
Ｒ：ＣＧＴＣＡＡＧＡＧＧＡＴＴＴＣＴＴＧＡＡＡＧＣＡＣＡＡＣ
１．２．４　３个糖基转移酶基因ｃＤＮＡ克隆　以ｃＤＮＡ第一链为模板，用设计合成的特异引物进行ＰＣＲ扩增。其
反应体系为：２．５μＬ１０×ｐｆｕｂｕｆｆｅｒ，１．５μＬＭｇＣｌ２（２５ｍｍｏｌ／Ｌ），２．５ｍｍｏｌ／ＬｄＮＴＰＭｉｘｔｕ２μＬ，１０ｐｍｏｌ／Ｌ
Ｎ端和Ｃ端引物各１μＬ，０．２５μＬｐｕｆ聚合酶５Ｕ／μＬ），５０～１００ｎｇ模板，加ｄｄＨ２Ｏ至２５μＬ。ＰＣＲ反应条件
为：９５℃预变性４ｍｉｎ；９４℃５５ｓ，５４．８℃／５７．５℃／５５．５℃１ｍｉｎ，７２℃２ｍｉｎ，３５个循环数；７２℃后延伸反应１０
ｍｉｎ；４℃保存。取５μＬＰＣＲ产物进行琼脂糖凝胶电泳检测。
将ＰＣＲ扩增产物在１％琼脂糖凝胶中进行电泳，用ＤＮＡ琼脂糖凝胶试剂盒回收纯化目的片段，与ｐＭＤＲ１９
ＴＶｅｃｔｏｒ于１６℃过夜连接；将连接产物转化ＤＨ５α感受态细胞，将转化细胞涂布在含５０μｇ／ｍＬＡｍｐ
ｒ、１００μＬ
（２０ｍｇ／ｍＬ）５溴４氯３吲哚βＤ半乳糖苷（Ｘｇａｌ）和２０μＬ（０．５ｍｏｌ／Ｌ）异丙基βＤ硫代半乳糖苷（ＩＰＴＧ）的
ＳＯＣ平板上３７℃培养１６ｈ后进行蓝白斑筛选，对所获得的白斑通过滞后质粒、ＰＣＲ扩增、ＨｉｎｄＩＩＩ和ＥｃｏＲＩ双
酶切鉴定，重复１０次，－８０℃下保存。
１．３　３个糖基转移酶基因序列测定及分析
将鉴定合格的菌液分别送到上海美吉生物医药科技有限公司、生工生物工程（上海）有限公司和北京六合华
大基因科技股份有限公司进行ＤＮＡ序列测定，重复８次。测序序列采用ＣＬＣＰｒｏｔｅｉｎＷｏｒｋｂｅｎｃｈ５．０软件分析
拼接，得到正确调控马铃薯ＳＧＡｓ合成酶基因序列和氨基酸序列。提交到ＧｅｎＢａｎｋ上，用ＢＬＡＳＴ软件与ＮＣＢＩ
收录的基因序列和蛋白序列进行比较。同时对测序结果进行核酸、蛋白质性质及结构的分析、预测。
１．３．１　核苷酸性质分析　基因的编码框用ＮＣＢＩ提供的在线 ＯＲＦＦｉｎｄｅｒ寻找（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｎｃｂｉ．ｎｌｍ．ｎｉｈ．
ｇｏｖ／ｇｏｒｆ／ｇｏｒｆ．ｈｔｍｌ）；核苷酸及氨基酸序列的同源序列搜索登陆ＮＣＢＩ（ｈｔｔｐ：／／ｂｌａｓｔ．ｎｃｂｉ．ｎｌｍ．ｎｉｈ．ｇｏｖ）网上的
８０１ ＡＣＴＡＰＲＡＴＡＣＵＬＴＵＲＡＥＳＩＮＩＣＡ（２０１２） Ｖｏｌ．２１，Ｎｏ．３
在线ＢＬＡＳＴｎ，寻找所克隆的３个基因相同源的核苷酸序列，分析它们在核苷酸与氨基酸水平上的同源性；运用
软件ＣＨＩＰＳ对调控马铃薯ＳＧＡｓ合成基因进行有效密码子数（ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｕｍｂｅｒｏｆｃｏｄｏｎｓ，ＥＮｃ）统计，再运用
ＣＵＳＰ和ＣｏｄｏｎＷ计算有效密码子数、ＣＤＳ区的ＧＣ含量和密码子的使用频率。
１．３．２　蛋白质性质分析　应用ＮＣＢＩ（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｎｃｂｉ．ｎｌｍ．ｎｉｈ．ｇｏｖ／Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ／ｃｄｄ／ｃｄｄ．ｓｈｔｍｌ）保守功能区
（ｃｏｎｓｅｒｖｅｄｏｍａｉｎ）在线分析调控马铃薯ＳＧＡｓ酶合成酶的保守序列；用ＴＭＨＭＭＳｅｒｖｅｒＶ．２．０（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．
ｃｂｓ．ｄｔｕ．ｄｋ／ｓｅｒｖｉｃｅｓ／ＴＭＨＭＭ／）检测跨膜结构；用 ＰｒｏｔＰａｒａｍ 软件（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｅｘｐａｓｙ．ｃｈ／ｔｏｏｌｓ／ｐｒｏｔ
ｐａｒａｍ．ｈｔｍｌ）分析克隆基因编码蛋白质的分子量，等电点和不稳定系数等；用ＳｉｇｎａｌＰ３．０Ｓｅｒｖｅｒ（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．
ｃｂｓ．ｄｔｕ．ｄｋ／ｓｅｒｖｉｃｅｓ／ＳｉｇｎａｌＰ／）检测编码蛋白的信号肽序列；用ＰｒｏｔＳｃａｌｅ软件（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｅｘｐａｓｙ．ｃｈ／ｔｏｏｌｓ／
ｐｒｏｔｓｃａｌｅ．ｈｔｍｌ）分析氨基酸序列亲／疏水性分析。三级结构利用Ｐｈｙｌｅ网站分析，用ＰＳＩ－ＢＬＡＳＴ方法多序列
比对建模进行三级结构预测。
１．３．３　基于茄啶糖苷转移酶基因的物种进化分析　采用近邻结合法（ｎｅｉｇｈｂｏｒｊｏｉｎｉｎｇ）将ＮＣＢＩ中不同物种的
２４种茄啶糖苷转移酶序列数据集合在一起，利用ＣＬＣＰｒｏｔｅｉｎＷｏｒｋｂｅｎｃｈ５．０软件多重序列比对并绘制基因进
化树，进一步了解功能结构域的进化。
２　结果与分析
２．１　目的基因的克隆
以红光诱导下的马铃薯“庄薯３号”试管薯为材料，提取总ＲＮＡ反转录获得ｃＤＮＡ第１链；利用已知的马铃
薯狊犵狋１、狊犵狋２和狊犵狋３基因ｃＤＮＡ序列设计３对特异引物，以ｃＤＮＡ第１链为模板，通过ＰＣＲ扩增分别获得了约
１５００ｂｐ的ＤＮＡ片段（图２）。分别将扩增获得的３个片段与Ｔ载体ｐＭＤＲ１９ＴＶｅｃｔｏｒ连接后，转化感受态
犈．犮狅犾犻。通过滞后质粒筛选、ＰＣＲ扩增和酶切鉴定，初步鉴定正确的重组子命名为ｐＳＧＴ１、ｐＳＧＴ２和ｐＳＧＴ３。
测序结果表明，克隆的狊犵狋１ｃＤＮＡ全长１５０５ｂｐ，与 ＧｅｎＢａｎｋ中登录的序列（登陆号：Ｕ８２３６７．２）同源性达到
９９．１２％，其中编码区长１４６７ｂｐ，编码４８８个氨基酸残基，编码的氨基酸序列相似性达到９９．１８％；克隆的狊犵狋２
基因序列全长１４９７ｂｐ，与ＧｅｎＢａｎｋ登录的序列（登陆号：ＤＱ２１８２７６．１）同源性达到９９．８０％，其中编码区长
１４７０ｂｐ，共编码４８９个氨基酸残基，氨基酸序列相似性达到９９．５９％；克隆的狊犵狋３基因序列全长１５１８ｂｐ，与
ＧｅｎＢａｎｋ登录的序列（登陆号：ＤＱ２６６４３７）同源性达到９９．５４％，共编码５０５个氨基残基，氨基酸序列相似性达到
９９．０１％。现已将克隆的３个基因ｃＤＮＡ序列注册到ＧｅｎＢａｎｋ（狊犵狋１、狊犵狋２和狊犵狋３的注册号分别为ＪＮ６９５００５、
ＪＮ６９５００６和ＨＭ１８８４４７）。
图２　狊犵狋１、狊犵狋２和狊犵狋３的犘犆犚产物
犉犻犵．２　犘犆犚狆狉狅犱狌犮狋狊狅犳狊犵狋１，狊犵狋２，狊犵狋３犮犇犖犃犻狀狆狅狋犪狋狅
　Ｍ１，Ｍ２：ＤＬ５０００ＤＮＡｍａｒｋｅｒ；Ｍ３：ＤＬ２０００ＤＮＡｍａｒｋｅｒ；１：狊犵狋１；２：狊犵狋２；３：狊犵狋３．
９０１第２１卷第３期 草业学报２０１２年
２．２　茄啶糖苷转移酶基因的生物信息学分析
２．２．１　茄啶糖苷转移酶基因系统进化　已克隆的３个马铃薯茄啶糖苷转移酶基因与番茄（犛狅犾犪狀狌犿犾狔犮狅狆犲狉狊犻
犮狌犿）序列同源性都最高，与刺茄（犛狅犾犪狀狌犿犪犮狌犾犲犪狋犻狊狊犻犿狌犿）次之，与栀子（犌犪狉犱犲狀犻犪犼犪狊犿犻狀狅犻犱犲狊）、蒺藜苜蓿
（犕犲犱犻犮犪犵狅狋狉狌狀犮犪狋狌犾犪）、葡萄（犞犻狋犻狊狏犻狀犻犳犲狉犪）、蓖麻（犚犻犮犻狀狌狊犮狅犿犿狌狀犻狊）、毛果杨（犘狅狆狌犾狌狊狋狉犻犮犺狅犮犪狉狆犪）、枸杞
（犔狔犮犻狌犿犫犪狉犫犪狉狌犿）等植物的序列同源性较低（图３）。
图３　基于马铃薯茄啶糖苷转移酶基因的不同物种间的基因进化树
犉犻犵．３　犘犺狔犾狅犵犲狀犲狋犻犮狋狉犲犲狅犳犱犻犳犳犲狉犲狀狋狊狆犲犮犻犲狊犫犪狊犲犱狅狀狊狅犾犪狀犻犱犻狀犲犵犾狌犮狅狊狔犾狋狉犪狀狊犳犲狉犪狊犲犵犲狀犲犻狀狆狅狋犪狋狅
　番茄：犛狅犾犪狀狌犿犾狔犮狅狆犲狉狊犻犮狌犿；马铃薯：犛狅犾犪狀狌犿狋狌犫犲狉狅狊狌犿；刺茄：犛狅犾犪狀狌犿犪犮狌犾犲犪狋犻狊狊犻犿狌犿；栀子：犌犪狉犱犲狀犻犪犼犪狊犿犻狀狅犻犱犲狊；蒺藜苜蓿：犕犲犱犻犮犪犵狅
狋狉狌狀犮犪狋狌犾犪；葡萄：犞犻狋犻狊狏犻狀犻犳犲狉犪；蓖麻：犚犻犮犻狀狌狊犮狅犿犿狌狀犻狊；毛果杨：犘狅狆狌犾狌狊狋狉犻犮犺狅犮犪狉狆犪；枸杞：犔狔犮犻狌犿犫犪狉犫犪狉狌犿．
２．２．２　３种茄啶糖苷转移酶蛋白同源性　３种茄啶糖苷转移酶氨基酸序列与同属植物番茄的同源性很高，分别
为９３％（ＡＤＱ３７９６４．１），８８％（ＡＤＱ３７９６５．１）和８６％（ＡＤＱ３７９６６．１）（图４）。运用ＮＣＢＩ的ＣｏｎｓｅｒｖｅｄＤｏｍａｉｎｓ
工具分析克隆基因保守结构域，发现含有名为糖基转移酶超家族基因（Ｇｌｙｃｏｓｙｌｔｒａｎｓｆｅｒａｓｅｓｕｐｅｒｆａｍｉｌｙ）的保守
区；与ＧｅｎＢａｎＫ中序列号ＡＢＢ８４４７２．１的结构域比较表明，克隆的３个基因同属于糖基转移酶基因家族中的
ＧＴ－Ｂ超家族。
２．３　茄啶糖苷转移酶蛋白特性分析
２．３．１　茄啶糖苷转移酶蛋白理化性质的预测　根据ＰｒｏｔＰａｒａｍ软件（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ａｕ．ｅｘｐａｓｙ．ｏｒｙ／ｔｏｏｌｓ／ｐｒｏｔ
ｐａｒａｍ．ｈｔｍｌ）预测表明（表２）：３种茄啶糖苷转移酶蛋白分子式为Ｃ２４８９～２５７１Ｈ３８８０～４０１２Ｎ６３５～６７４Ｏ７２４～７４３Ｓ１６～２５，分子量
为５５．０２～５５．２６ｋＤ，理论等电点为５．５２～５．６２，等电点的差异表明，这３个基因与其他植物的糖基因转移酶基
因在蛋白稳定性、功能或者调控方式上有可能有所差异［１６］，带负电荷的氨基酸残基（Ａｓｐ＋Ｇｌｕ）为６０～６３，带正
电荷的氨基酸残基（Ａｒｇ＋Ｌｙｓ）为４６～５１；不稳定系数为４１．３５～４５．７０，均为不稳定蛋白（标准４０以下的为稳定
蛋白），理论推导半衰期大约为３０ｈ；脂肪系数平均为９１．３１～９２．５０，总平均疏水性为－０．１８９～－０．１２６。含量
较高的氨基酸依次为Ｓｅｒ（７．４％～１０．２％）、Ｌｅｕ（８．９％～１０．０％）、Ｉｌｅ（７．０％～９．１％）、Ｇｌｕ（７．４％～８．５％）、Ｌｙｓ
（５．７％～７．４％）、Ａｌａ（５．５％～６．５％）和Ａｌａ（５．９％～６．１％）。
用ＰｒｏｔＳｃａｌｅ预测３种茄啶糖苷转移酶蛋白的疏水性／亲水性的结果表明，ＳＧＴ１多肽链第２０１位的天冬氨
酸（Ａｓｐ）具有最低的分值－２．６７８，亲水性最强，第１４位的亮氨酸（Ｌｅｕ）具有最高的分值２．３２２，疏水性最强；
ＳＧＴ２多肽链第８４位的组氨酸（Ｈｉｓ）具有最低的分值－２．４６７，第３６９位的半胱氨酸（Ｃｙｓ）具有最高的分值
２．５３３；ＳＧＴ３多肽链第３４２位的赖氨酸（Ｌｙｓ）具有最低的分值－２．９２２，第３０２位的苯丙氨酸（Ｐｈｅ）具有最高的分
值２．３６７。整体来看，３种茄啶糖苷转移酶蛋白疏水性氨基酸均匀分布在整个肽链中（图５），且多于亲水性氨基
酸，为疏水蛋白。
０１１ ＡＣＴＡＰＲＡＴＡＣＵＬＴＵＲＡＥＳＩＮＩＣＡ（２０１２） Ｖｏｌ．２１，Ｎｏ．３
图４　犛犌犜狊氨基酸序列与茄啶糖苷转移酶家族比对结果
犉犻犵．４　犕狌犾狋犻狆犾犲犪犿犻狀狅犪犮犻犱狊犲狇狌犲狀犮犲犪犾犻犵狀犿犲狀狋狅犳犛犌犜１，犛犌犜２犪狀犱犛犌犜３狆狉狅狋犲犻狀狅犳狊狅犾犪狀犻犱犻狀犲犵犾狌犮狅狊狔犾狋狉犪狀狊犳犲狉犪狊犲
　Ｃｏｎｓｅｎｓｕｓ表示一致性序列，并在序列下面列出；黑色阴影表示６个序列中均保守的茄啶糖苷转移酶结构域，其他根据保守程度高低依次使用蓝
色和红色阴影标示。Ｃｏｎｓｅｎｓｕｓｉｎｄｉｃａｔｅｓｓａｍｅｓｅｑｕｅｎｃｅｓａｎｄａｒｅｌｉｓｔｅｄｂｅｌｏｗ；Ｂｌａｃｋｓｈａｄｏｗｉｎｄｉｃａｔｅｓｓｏｌａｎｉｄｉｎｅｇｌｕｃｏｓｙｌｔｒａｎｓｆｅｒａｓｅｃｏｎｓｅｒｖｅｄｄｏ
ｍａｉｎ，ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｄｅｇｒｅｅｏｆｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ，ｂｌｕｅａｎｄｒｅｄａｒｅｉｎｄｉｃａｔｅｄ．
表２　３个犛犌犜酶蛋白一级结构分析结果
犜犪犫犾犲２　犚犲狊狌犾狋狊狅犳狆狉狅狋犲犻狀狆狉犻犿犪狉狔狊狋狉狌犮狋狌狉犲犪狀犪犾狔狊犻狊犻狀狆狅狋犪狋狅
蛋白
Ｐｒｏｔｅｉｎ
分子式
Ｆｏｒｍｕｌａ
分子量
Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ
ｗｅｉｇｈｔ
理论等电点
Ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ
ＰＩ
天冬氨酸＋
谷氨酸
Ａｓｐ＋Ｇｌｕ
精氨酸＋
赖氨酸
Ａｒｇ＋Ｌｙｓ
不稳定系数
Ｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｙ
ｉｎｄｅｘ
脂肪指数
Ａｌｉｐｈａｔｉｃ
ｉｎｄｅｘ
总平均疏水性
Ｇｒａｎｄａｖｅｒａｇｅｏｆ
ｈｙｄｒｏｐａｔｈｉｃｉｔｙ
ＳＧＴ１ Ｃ２５０２Ｈ３８８０Ｎ６４８Ｏ７２４Ｓ２０ ５５．２６ ５．５２ ６０ ４６ ４５．７０ ９２．５０ －０．１８９
ＳＧＴ２ Ｃ２４８９Ｈ３８８５Ｎ６３５Ｏ７４３Ｓ１６ ５５．１２ ５．５３ ６０ ５１ ４１．３５ ９１．３１ －０．１５４
ＳＧＴ３ Ｃ２５７１Ｈ４０１２Ｎ６７４Ｏ７４２Ｓ２５ ５７．０２ ５．６２ ６３ ５０ ４４．０７ ９２．３０ －０．１２６
１１１第２１卷第３期 草业学报２０１２年
图５　３种犛犌犜酶蛋白疏水性分析
犉犻犵．５　犎狔犱狉狅狆犺狅犫犻犮犻狋狔狆狉狅犳犻犾犲狅犳狋犺狉犲犲犛犌犜狊狆狉狅狋犲犻狀狊
　横坐标为编码的氨基酸顺序，纵坐标为亲／疏水值，“－”表示亲水性 “＋”表示疏水性。Ａｂｓｃｉｓｓａｉｓｔｈｅａｍｉｎｏａｃｉｄｓｅｑｕｅｎｃｅｏｆｔｈｅｅｎｃｏｄｅｄｐｒｏｔｅｉｎ；
ｏｒｄｉｎａｔｅｉｓｔｈｅｐｒｏｈｙｄｒｏｐｈｂｉｃｖａｌｕｅ；“－”ｒｅｐｒｅｓｅｎｔｓｈｙｄｒｏｐｈｉｌｉｃ；“＋”ｒｅｆｅｒｓｔｏｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃ．Ａ：ＳＧＴ１蛋白 ＨｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃｉｔｙｐｒｏｆｉｌｅｏｆＳＧＴ１ｐｒｏ
ｔｅｉｎ；Ｂ：ＳＧＴ２蛋白 ＨｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃｉｔｙｐｒｏｆｉｌｅｏｆＳＧＴ２ｐｒｏｔｅｉｎ；Ｃ：ＳＧＴ３蛋白 ＨｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃｉｔｙｐｒｏｆｉｌｅｏｆＳＧＴ３ｐｒｏｔｅｉｎ．
２．３．２　ＳＧＴｓ蛋白氨基酸序列信号肽的预测和分析　用ｓｉｇｎａｌｐ３．０ｓｅｒｖｅｒ软件（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｂｓ．ｄｔｕ．ｄｋ／
ｓｅｒｖｉｃｅｓ／ＳｉｇｎａｌＰ）检测，只有当Ｃ、Ｙ、Ｓ值的计算结果均为“ＹＥＳ”，平均值在０．５以上时，才可能存在信号肽。Ｄ
值是 ＭｅａｎＳ和 ＭａｘＹ的平均值，对区分是否为分泌性蛋白具有重要作用。从预测结果看（表３），只有ＳＧＴ１具
备信号肽，而且蛋白质Ｎ端的氨基酸区域的平均值高且有显著的可能性，说明ＳＧＴ１蛋白为分泌性蛋白；ＳＧＴ２
的Ｃ值和Ｙ值是“ＹＥＳ”，但Ｓ值为“ＮＯ”，说明狊犵狋２基因不存在信号肽。ＳＧＴ３只有Ｃ值为“ＹＥＳ”，Ｙ值和Ｓ值
为“ＮＯ”，说明狊犵狋３基因也不存在信号肽。据此可以认为，狊犵狋２基因和狊犵狋３基因编码的蛋白很有可能不具备信
号肽，ＳＧＴ２蛋白和ＳＧＴ３蛋白为非分泌性蛋白。
２１１ ＡＣＴＡＰＲＡＴＡＣＵＬＴＵＲＡＥＳＩＮＩＣＡ（２０１２） Ｖｏｌ．２１，Ｎｏ．３
表３　信号肽预测结果
犜犪犫犾犲３　犚犲狊狌犾狋狊狅犳狊犻犵狀犪犾狆犲狆狋犻犱犲狊犲狇狌犲狀犮犲狆狉犲犱犻狋犻狅狀
计量单位
Ｍｅａｓｕｒｅ
位置Ｐｏｓｉｔｉｏｎ
ＳＧＴ１ ＳＧＴ２ ＳＧＴ３
有用性Ｖａｌｕｅ
ＳＧＴ１ ＳＧＴ２ ＳＧＴ３
临界值Ｃｕｔｏｆｆ
ＳＧＴ１ ＳＧＴ２ ＳＧＴ３
信号肽Ｓｉｇｎａｌｐｅｐｔｉｄｅ
ＳＧＴ１ＳＧＴ２ＳＧＴ３
非分泌蛋白Ｎｏｎｓｅｃｒｅｔｏｒｙｐｒｏｔｅｉｎ
ＳＧＴ１ ＳＧＴ２ ＳＧＴ３
Ｍａｘ．Ｃ ３１ ２８ ２３ ０．９４９ ０．９５５ ０．４０８ ０．３２ ０．３２ ０．３２ ＹＥＳ ＹＥＳ ＹＥＳ ＮＯ ＹＥＳ ＹＥＳ
Ｍａｘ．Ｙ ３１ ２８ ３７ ０．６０５ ０．５７２ ０．１６２ ０．３３ ０．３３ ０．３３ ＹＥＳ ＹＥＳ ＮＯ ＮＯ ＹＥＳ ＹＥＳ
Ｍａｘ．Ｓ ２０ ２７ ３４ ０．９１３ ０．８３４ ０．８４６ ０．８７ ０．８７ ０．８７ ＹＥＳ ＮＯ ＮＯ ＮＯ ＹＥＳ ＹＥＳ
ＭｅａｎＳ １～３０ １～２７ １～３６ ０．５２７ ０．３７２ ０．２４０ ０．４８ ０．４８ ０．４８ ＹＥＳ ＮＯ ＮＯ ＮＯ ＹＥＳ ＹＥＳ
Ｄ １～３０ １～２７ １～３６ ０．５６６ ０．４７２ ０．２０１ ０．４３ ０．４３ ０．４３ ＹＥＳ ＮＯ ＮＯ ＮＯ ＹＥＳ ＹＥＳ
２．３．３　ＳＧＴｓ蛋白氨基酸序列信号肽的预测和分析　跨膜结构域是膜蛋白与膜脂结合的主要部位，一般由２０
个左右的疏水性氨基酸残基组成，形成α螺旋与膜脂结合。预测和分析跨膜结构域对认识蛋白结构、功能、分类
以及在细胞中的作用部位均有一定的意义。用ＴＭＨＭＭＳｅｒｖｅｒｖ２．０软件（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｂｓ．ｄｔｕ．ｄｋ／ｓｅｒｖｉｃｅｓ／
ＴＭＨＭＭ／）对３个基因编码的蛋白跨膜区段进行预测，结果（图６）表明，３种酶蛋白部分肽链位于细胞膜上，都
有明显的跨膜结构区域，通常都在靠近Ｎ端。其中，狊犵狋１在３～３５ｂｐ处编码跨膜螺旋，中心位置是２３ｂｐ处编码
的 Ｈｉｓ；狊犵狋２在７～２５ｂｐ处编码跨膜螺旋，中心位置是１６ｂｐ处编码的Ｐｈｅ；狊犵狋３在１３～３１ｂｐ处编码跨膜螺旋，
中心位置是２３ｂｐ处编码的Ｓｅｒ。由此可以推断，这３个酶发挥功能的部位结合于生物膜上。
２．３．４　茄啶糖苷转移酶蛋白二级结构预测　登录ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｐｒｅｄｉｃｔｐｒｏｔｅｉｎ．ｏｒｇ／，按指定格式将狊犵狋１、狊犵狋２
和狊犵狋３编码的氨基酸序列输入对话框，运行程序。对３种酶蛋白的预测结果显示，组成ＳＧＴ１的４８８个氨基酸
中，１８１个氨基酸可能形成α螺旋结构，５１个氨基酸可能形成β折叠片，２５６个氨基酸可能形成无规则卷曲；组成
ＳＧＴ２的４８９个氨基酸中，１８２个氨基酸可能形成α螺旋结构，５３个氨基酸可能形成β折叠片，２５４个氨基酸可能
形成无规则卷曲；组成ＳＧＴ３的５０５个氨基酸中，１７７个氨基酸可能形成α螺旋结构，５２个氨基酸可能形成β折
叠片，２７６个氨基酸可能形成无规则卷曲。
２．３．５　茄啶糖苷转移酶蛋白三级结构预测　将３个基因编码的酶蛋白氨基酸序列提交到Ｐｈｙｒｅ网站，用ＰＳＩ
ＢＬＡＳＴ方法进行多序列比对建模，从Ｐｈｙｒｅ处可获得二级结构（ｓｅｃｏｎｄａｒｙｓｔｒｃｔｕｒｅｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ）、无序区预测（ｄｉｓ
ｏｒｄｅｒｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ）和折叠结构识别（ｆｏｌｄｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ）等信息。预测结果表明，３个基因编码蛋白对应Ｃ２Ｖｇ８Ａ模
板的ＰＳＳＭＥ值最小（ＳＧＴ１的Ｅ值＝３．７ｅ－３２，ＳＧＴ２的犈值＝３．６ｅ－３１，ＳＧＴ２的犈值＝９．８ｅ－３４），Ｃ２Ｖｇ８Ａ模板
应是３个基因编码蛋白首选的预测模型。Ｃ２Ｖｇ８Ａ是植物中与新陈代谢相关的糖基转移酶的模板，依此为模型
对３个基因编码蛋白进行三级结构预测。将获得的模板和狊犵狋１、狊犵狋２和狊犵狋３的ＰＤＢ文件用Ｒａｓｍｏｌ查看，发现
两两单体结构非常相似（图７），表明马铃薯狊犵狋１、狊犵狋２和狊犵狋３编码蛋白都具有糖基转移酶的功能。
３　讨论
在植物次生代谢物合成途径中关键酶的分离及其基因的克隆是植物次生代谢酶促反应机制研究的基础，而
特定植物次生代谢物合成与积累量取决于其合成途径中的限速酶，它们在植物次生代谢物生物合成途径中往往
位于代谢支路分叉口或途径的下游［１７］，对马铃薯ＳＧＡｓ合成代谢途径末端ＳＧＴ酶的研究，不仅有助于了解类固
醇糖苷生物碱的合成机制，而且还很可能有助于了解马铃薯块茎中糖苷生物碱的代谢途径。然而３个ＳＧＡｓ合
成代谢途径末端ＳＧＴ酶基因序列相互之间的同源性很低，即使是被认为结合尿苷二磷酸葡萄糖（ｕｒｉｄｉｎｅｄｉｐｈｏｓ
ｐｈａｔｅｇｌｕｃｏｓｅ，ＵＤＰＧ）的特征性序列的４４个氨基酸区域也只有４３％～６８％的相似性［１８］，很难利用这类基因的
同源或保守区域设计同源简并引物克隆基因。因此本研究根据Ｇｅｎｂａｎｋ已经注册的马铃薯３个ＳＧＴ酶基因
狊犵狋１、狊犵狋２和狊犵狋３序列（Ｕ８２３６７．２，Ｕ８２３６７．２，ＤＱ２６６４３７）设计特异引物，利用ＲＴ－ＰＣＲ和序列测定技术获得了
３个相似基因的ｃＤＮＡ序列。生物信息学是一门发展迅速的新兴科学，利用相关软件可分析基因组或目的基因
的序列特征、功能蛋白的结构和功能、分子遗传图谱的构建等［１９］，为利用功能基因改良作物遗传特性奠定基础。
本研究对克隆到的狊犵狋１、狊犵狋２和狊犵狋３三个基因的ｃＤＮＡ片段利用相关软件进行了分析，发现狊犵狋１、狊犵狋２和狊犵狋３
３１１第２１卷第３期 草业学报２０１２年
图６　３个犛犌犜酶蛋白质跨膜区分析
犉犻犵．６　犜狉犪狀狊犿犲犿犫狉犪狀犲狉犲犵犻狅狀犪狀犪犾狔狊犻狊狅犳狆狉狅狋犲犻狀狅犳狋犺狉犲犲狊狅犾犪狀犻犱犻狀犲犵犾狌犮狅狊狔犾狋狉犪狀狊犳犲狉犪狊犲
　Ａ：ＳＧＴ１酶蛋白 ＴｒａｎｓｍｅｍｂｒａｎｅｒｅｇｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓｏｆＳＧＴ１ｐｒｏｔｅｉｎ；Ｂ：ＳＧＴ２酶蛋白ＴｒａｎｓｍｅｍｂｒａｎｅｒｅｇｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓｏｆＳＧＴ２ｐｒｏｔｅｉｎ；Ｃ：ＳＧＴ３酶蛋
白 ＴｒａｎｓｍｅｍｂｒａｎｅｒｅｇｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓｏｆＳＧＴ３．
图７　预测的３个茄啶糖苷转移酶三级结构
犉犻犵．７　犕狅狀狅犿犲狉３犇狊狋狉狌犮狋狌狉犲狅犳狋犺狉犲犲狊狅犾犪狀犻犱犻狀犲犵犾狌犮狅狊狔犾狋狉犪狀狊犳犲狉犪狊犲
　Ａ：Ｃ２Ｖｇ８Ａ单体 Ｍｏｎｏｍｅｒ３ＤｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆＣ２Ｖｇ８Ａ；Ｂ：预测ＳＧＴ１单体 Ｍｏｎｏｍｅｒ３ＤｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆＳＧＴ１；Ｃ：预测ＳＧＴ２单体 Ｍｏｎｏｍｅｒ３Ｄｓｔｒｕｃ
ｔｕｒｅｏｆＳＧＴ２；Ｄ：预测ＳＧＴ３单体 Ｍｏｎｏｍｅｒ３ＤｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆＳＧＴ３．
４１１ ＡＣＴＡＰＲＡＴＡＣＵＬＴＵＲＡＥＳＩＮＩＣＡ（２０１２） Ｖｏｌ．２１，Ｎｏ．３
基因都具备一个完整的开放阅读框架，大小分别为１４９７，１４７０和１５１８ｂｐ，分别编码４８８，４８９和５０５个氨基酸，
它们都属于糖基转移酶家族蛋白成员，克隆的３个基因都属于糖基转移酶基因家族中的ＧＴＢ超家族，它们都具
有１个尿苷二磷酸葡萄糖糖基转移酶的保守功能区域，三者同时存在着豆蔻酰化，酪蛋白激酶Ⅱ磷酸化、蛋白激
酶Ｃ磷酸化、依赖ｃＡＭＰ／ｃＧＭＰ蛋白激酶磷酸化和糖基化等功能位点，在ｃＧＭＰ介导的信号传导途径中蛋白激
酶的Ｎ端豆蔻酰化蛋白发挥重要作用。进化分析表明，它们与同属植物番茄的同源性很高，分别为９３％
（ＡＤＱ３７９６４．１），８８％（ＡＤＱ３７９６５．１）和８６％（ＡＤＱ３７９６６．１）；与其他植物的同源性分别是７０％～７３％（ＳＧＴ１），
６８％～８４％（ＳＧＴ２）和８７％（ＳＧＴ３），说明在同源关系相近的植物中这些基因的保守性很强，这与其他学者对不
同基因或不同物种同源性分析时的结论是一致的，即属内同源性高，属间相对低［２０２２］，高等植物ＳＧＴ酶基因在进
化上可能较为保守，其氨基酸序列相似度在一定程度上反映不同物种亲缘关系远近［２３，２４］。
在本研究中，对马铃薯ＳＧＡｓ合成代谢途径末端ＳＧＴ酶基因进行了探讨，通过对３个ＳＧＴ酶基因进行ＰＣＲ
扩增，获得了含有ＳＧＴ酶３个基因狊犵狋１、狊犵狋２、狊犵狋３编码基因的完整序列并对其进行基因序列分析、氨基酸序列
分析、信号肽分析、进化树构建以及其所编码蛋白的三级结构预测。为今后用基因工程技术对马铃薯ＳＧＡｓ合成
代谢途径末端ＳＧＴ酶基因进行研究与开发提供了理论依据，为利用基因工程创制新型马铃薯ＳＧＡｓ品种奠定了
基础。
参考文献：
［１］　ＦａｅｔｈＳＨ，ＢｕｓｈＬＰ，ＳｕｌｉｖａｎＴＪ，犲狋犪犾．Ｐｅｒａｍｉｎｅａｌｋａｌｏｉｄｖａｒｉａｔｉｏｎｉｎｎｅｏｔｙｐｈｏｄｉｕｍｉｎｆｅｃｔｅｄ犃狉犻狕狅狀犪犳犲狊犮狌犲：ｅｆｆｅｃｔｓｏｆｅｎ
ｄｏｐｈｙｔｅａｎｄｈｏｓｔｇｅｎｏｔｙｐｅａｎｄｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｈｅｍｉｃａｌＥｃｏｌｏｇｙ，２００２，２８：１５１１１５２６．
［２］　何水林，郑金贵，王晓峰，等．植物次生代谢：功能、调控及其基因工程［Ｊ］．应用与环境生物学报，２００２，８（５）：５５８５６３．
［３］　段光明，周小梅．马铃薯糖苷生物碱对人血胆碱酯酶的抑制［Ｊ］．生物化学杂志，１９９４，１０（５）：５７５５７８．
［４］　ＢｅｊａｒａｎｏＬ，ＭｉｇｎｏｌｅｔＥ，ＤｅｖａｕｘＡ，犲狋犪犾．Ｇｌｙｃｏａｌｋａｌｏｉｄｓｉｎｐｏｔａｔｏｔｕｂｅｒｓ：ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｖａｒｉｅｔｙａｎｄｄｒｏｕｇｈｔｓｔｒｅｓｓｏｎｔｈｅａｓｏ
ｌａｎｉｎｅａｎｄａｃｈａｃｏｎｉｎｅｃｏｎｔｅｎｔｓｏｆｐｏｔａｔｏｅｓ［Ｊ］．ＳｃｉｅｎｃｅｏｆＦｏｏｄａｎｄＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ，２０００，８０：２０９６２１００．
［５］　ＤａｖｉｄＢ，ＳｍｉｔｈＪＧ，ＲｏｄｄｉｃｋＪ，犲狋犪犾．Ｓｙｎｅｒｇｉｓｍｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｐｏｔａｔｏｇｌｙｃｏａｌｋａｌｏｉｄｓαｃｈａｃｏｎｉｎｅａｎｄαｓｏｌａｎｉｎｅｉｎｉｎｈｉｂｉｔｉｏｎｏｆ
ｓｎａｉｌｆｅｅｄｉｎｇ［Ｊ］．Ｐｈｙｔｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，２００１，５７：２２９２３４．
［６］　ＬａｃｈｍａｎＪ，ＨａｍｏｕｚＫ，ＯｒｓáｋＭ，犲狋犪犾．Ｐｏｔａｔｏｇｌｙｃｏａｌｋａｌｏｉｄｓａｎｄｔｈｅｉｒｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅｉｎｐｌａｎｔｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄｈｕｍａｎｎｕｔｒｉｔｉｏｎ
ｒｅｖｉｅｗ［Ｊ］．ＳｅｒｉｅｓＲｏｓｔｌｉｎｎáＶｒｏｂａ，２００１，４７（４）：１８１１９１．
［７］　ＤｅａｈｌＫＬ，ＣａｎｔｅｌｏＷ Ｗ，ＳｉｎｄｅｎＳＬ，犲狋犪犾．ＴｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｌｉｇｈｔｉｎｔｅｎｓｉｔｙｏｎＣｏｌｏｒａｄｏｐｏｔａｔｏｂｅｅｔｌｅｒｅｓｉｓｔａｎｃｅａｎｄｆｏｌｉａｒｇｌｙ
ｃｏａｌｋａｌｏｉｄｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｆｆｏｕｒ犛狅犾犪狀狌犿犮犺犪犮狅犲狀狊犲ｃｌｏｎｅｓａｎｄＰｏｔａｔｏ［Ｊ］．ＡｍｅｒｉｃａｎＪｏｕｒｎａｌｏｆＰｏｔａｔｏＲｅｓｅａｒｃｈ，１９９１，６８：
６５９６６６．
［８］　ＥｌｔａｙｅｂＥＡ，ＡｌＡｎｓａｒｉＡＳ，ＲｏｄｄｉｃｋＪＧ，犲狋犪犾．Ｃｈａｎｇｅｓｉｎｔｈｅｓｔｅｒｏｉｄａｌａｌｋａｌｏｉｄｓｏｌａｓｏｄｉｎｅｄｕｒｉｎｇｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆ犛狅犾犪狀狌犿
狀犻犵狉狌犿ａｎｄ犛狅犾犪狀狌犿犻狀犮犪狀狌犿［Ｊ］．Ｐｈｙｔｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，１９９７，４６：４８９４９４．
［９］　ＦｒｉｅｄｍａｎＭ，ＬｅｅＫＲ，ＫｉｍＨＪ，犲狋犪犾．Ａｎｔｉｃａｒｃｉｎｏｇｅｎｉｃｅｆｆｅｃｔｓｏｆｇｌｙｃｏａｌｋａｌｏｉｄｓｆｒｏｍｐｏｔａｔｏｅｓａｇａｉｎｓｔｈｕｍａｎｃｅｒｖｉｃａｌ，ｌｉｖｅｒ，
ｌｙｍｐｈｏｍａ，ａｎｄｓｔｏｍａｃｈｃａｎｃｅｒｃｅｌｓ［Ｊ］．ＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌａｎｄＦｏｏｄＣｈｅｍｉｓｔｒｙ，２００５，５３（１５）：６１６２６１６９．
［１０］　李新玲，吴姝菊，王全伟．羊草乙醛脱氢酶基因ＬｃＡＬＤＨ 的克隆与表达分析［Ｊ］．草业学报，２０１１，２０（４）：１８７１９３．
［１１］　ＧｉｎｚｂｅｒｇＩ，ＴｏｋｕｈｉｓａＪＧ，ＶｅｉｌｅｕｘＲＥ，犲狋犪犾．Ｐｏｔａｔｏｓｔｅｒｏｉｄａｌｇｌｙｃｏａｌｋａｌｏｉｄｓ：ｂｉｏｓｙｎｔｈｅｓｉｓａｎｄｇｅｎｅｔｉｃｍａｎｉｐｕｌａｔｉｏｎ［Ｊ］．
ＰｏｔａｔｏＲｅｓｅａｒｃｈ，２００９，５２：１１５．
［１２］　ＭｏｅｈｓＣＰ，ＡｌｅｎＰＶ，ＦｒｉｅｄｍａｎＭ，犲狋犪犾．ＣｌｏｎｉｎｇａｎｄｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎｏｆｓｏｌａｎｉｄｉｎｅＵＤＰｇｌｕｃｏｓｅｇｌｕｃｏｓｙｌｔｒａｎｓｆｅｒａｓｅｆｒｏｍｐｏｔａｔｏ［Ｊ］．
Ｐｌａｎｔ，１９９７，１１：２２７２３６．
［１３］　ＭｃＣｕｅＫＦ，ＡｌｅｎＰＶ，ＳｈｅｐｈｅｒｄＬＶ，犲狋犪犾．Ｔｈｅｐｒｉｍａｒｙｉｎｖｉｖｏｓｔｅｒｏｉｄａｌａｌｋａｌｏｉｄｇｌｕｃｏｓｙｌｔｒａｎｓｆｅｒａｓｅｆｒｏｍｐｏｔａｔｏ［Ｊ］．
Ｐｈｙｔｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，２００６，６７：１５９０１５９７．
［１４］　ＭｃＣｕｅＫＦ，ＡｌｅｎＰＶ，ＳｈｅｐｈｅｒｄＬＶ，犲狋犪犾．Ｐｏｔａｔｏｇｌｙｃｏｓｔｅｒｏｌｒｈａｍｎｏｓｙｌｔｒａｎｓｆｅｒａｓｅ，ｔｈｅｔｅｒｍｉｎａｌｓｔｅｐｉｎｔｒｉｏｓｅｓｉｄｅｃｈａｉｎ
ｂｉｏｓｙｎｔｈｅｓｉｓ［Ｊ］．Ｐｈｙｔｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，２００７，６８：３２７３３４．
［１５］　王小利，刘晓霞，王舒颖，等．高羊茅腺苷甲硫氨酸脱羧酶基因ＦａＳＡＭＤＣ的克隆与差异表达分析［Ｊ］．草业学报，２０１１，
２０（４）：１６９１７９．
５１１第２１卷第３期 草业学报２０１２年
［１６］　王希，李勇，柏锡，等．野生大豆盐胁迫响应基因ＧｓＰＩＰ的克隆及其序列分析［Ｊ］．草业学报，２０１１，２０（１）：１３１１３９．
［１７］　何水林，郑金贵，王晓峰，等．植物次生代谢：功能调控及其基因工程［Ｊ］．应用与环境生物学报，２００２，８（５）：５５８５６３．
［１８］　ＫｉｔａＭ，ＨｉｒａｔａＹ，ＭｏｒｉｇｕｃｈｉＴ，犲狋犪犾．ＭｏｌｅｃｕｌａｒｃｌｏｎｉｎｇａｎｄｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎｏｆａｎｏｖｅｌｇｅｎｅｅｎｃｏｄｉｎｇｌｉｍｏｎｏｉｄＵＤＰｇｌｕ
ｃｏｓｙｌｔｒａｎｓｆｅｒａｓｅｉｎＣｉｔｒｕｓ［Ｊ］．ＦＥＢＳＬｅｔｔ，２０００，４６９：１７３１７８．
［１９］　郑轶琦，刘建秀．草坪草分子遗传图谱的构建与应用研究进展［Ｊ］．草业学报，２００９，１８（１）：１５５１６２．
［２０］　尚以顺，杨春燕，钟理．贵州野生匍匐剪股颖种质资源遗传多样性的ＩＳＳＲ分析［Ｊ］．草业学报，２００９，１８（３）：６７７３．
［２１］　沈宝云，刘玉汇，张俊莲，等．马铃薯块茎ＧＢＳＳＩ基因的ｃＤＮＡ克隆及其序列特征分析［Ｊ］．草业学报，２０１０，１９（５）：１８．
［２２］　李立芹，黄玉碧，王西瑶．马铃薯 ＷＲＫＹ６基因的克隆、序列分析与原核表达研究［Ｊ］．草业学报，２０１１，２０（２）：１７７１８３．
［２３］　ＳｈｉｈＭＣ，ＨｅｉｎｒｉｃｈＰ，ＧｏｏｄｍａｎＨ Ｍ，犲狋犪犾．Ｉｎｔｒｏｎｅｘｉｓｔｅｎｃｅｐｒｅｄａｔｅｄｔｈｅｄｉｖｅｒｇｅｎｃｅｏｆｅｕｋａｒｙｏｔｅｓａｎｄｐｒｏｋａｒｙｏｔｅｓ［Ｊ］．
Ｓｃｉｅｎｃｅ，１９８８，２４２：１１６４１１６６．
［２４］　张磊，刘志鹏，张吉宇，等．箭薚豌豆甘油醛３磷酸脱氢酶基因片段的克隆及序列分析［Ｊ］．草业科学，２０１１，２８（５）：７５３
７５７．
犆犾狅狀犻狀犵犪狀犱狊犲狇狌犲狀犮犲犪狀犪犾狔狊犻狊狅犳狋犲狉犿犻狀犪狊犲犵犲狀犲狅犳犵犾狔犮狅犪犾犽犪犾狅犻犱犫犻狅狊狔狀狋犺犲狊犻狊
犿犲狋犪犫狅犾犻狊犿犻犮狆犪狋犺狑犪狔犻狀狆狅狋犪狋狅
ＮＩＵＪｉｐｉｎｇ１，２，３，ＺＨＡＮＧＪｉｎｗｅｎ１，２，ＷＡＮＧＷａｎｇｔｉａｎ１，２，ＷＡＮＧＤｉ１，２，
ＬＵＹａｎｍｅｉ１，２，ＺＨＡＮＧＪｕｎｌｉａｎ１，２
（１．ＧａｎｓｕＫｅｙＬａｂｏｆＣｒｏｐＩｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ＆ＧｅｒｍｐｌａｓｍＥｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ，Ｌａｎｚｈｏｕ７３００７０，Ｃｈｉｎａ；
２．ＧａｎｓｕＰｒｏｖｉｎｃｉａｌＫｅｙＬａｂｏｆＡｒｉｄｌａｎｄＣｒｏｐＳｃｉｅｎｃｅ，Ｌａｎｚｈｏｕ７３００７０，
Ｃｈｉｎａ；３．ＣｏｌｅｇｅｏｆＬｉｆｅＳｃｉｅｎｃｅｓａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＧａｎｓｕＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ
Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｌａｎｚｈｏｕ７３００７０，Ｃｈｉｎａ）
犃犫狊狋狉犪犮狋：Ｔｈｅｐｏｔａｔｏｓｔｅｒｏｉｄａｌｇｌｙｃｏａｌｋａｌｏｉｄｓ（ＳＧＡｓ）ｉｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｓｅｃｏｎｄａｒｙｍｅｔａｂｏｌｉｔｅｓｉｎｓｏｌａｎａｃｅａｅａｎｄ
ｌｉｌｉａｃｅａｅ．Ｉｔｉｓｃｌｏｓｅｌｙｒｅｌａｔｅｄｔｏｔｈｅａｎｔｉｒｅｖｅｒｓｉｏｎｆｏｒｃｅｏｆｐｌａｎｉｔｓｅｌｆｅａｎｄｐｒｏｄｕｃｔｑｕａｌｉｔｙ，ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓｌｙ，ｉｔ
ｈａｓａｗｉｄｅｐｈａｒｍａｃｏｌｏｇｉｃａｌａｃｔｉｖｉｔｙｉｎｐｈａｒｍａｃｏｌｏｇｙ．Ｓｏｌａｎｉｄｉｎｅ：ＵＤＰｇｌｕｃｏｓｙｌｔｒａｎｓｆｅｒａｓｅ（ＳＧＴ）ｗａｓｔｈｅｋｅｙ
ｅｎｚｙｍｅｏｆｔｈｅｔｅｒｍｉｎａｌｏｆＳＧＡｓａｎａｂｏｌｉｃｐａｔｈｗａｙｉｎ犛狅犾犪狀狌犿狋狌犫犲狉狅狊狌犿．Ｓｔｕｄｙｉｎｇｔｈｅｇｅｎｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｉｔｓ
ｅｎｃｏｄｉｎｇｅｎｚｙｍｅｐｒｏｔｅｉｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｐｌａｙｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｒｏｌｅｉｎｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｔｈｅｒｅｇｕｌａｔｉｏｎｏｆＳＧＡｓｓｙｎｔｈｅ
ｓｉｓａｎｄｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆＳＧＴｓｂｙｍｉｃｒｏｂｉａｌｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎｉｎｐｌａｎｔ．Ａｎａｌｙｚｉｎｇｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｒｅｅ
ｅｎｚｙｍｅｐｒｏｔｅｉｎｅｎｃｏｄｅｄｂｙｇｌｙｃｏｓｙｌｔｒａｎｓｆｅｒａｓｅｃＤＮＡｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｂｙｂｉｏｉｎｆｏｒｍａｔｉｃｓｍｅｔｈｏｄ．Ｔｏｔａｌ
ＲＮＡｗａｓｅｘｔｒａｃｔｅｄｆｒｏｍｓｔｅｍｏｆ犛．狋狌犫犲狉狅狊狌犿ａｎｄｔｈｒｅｅｇｌｙｃｏａｌｋａｌｏｉｄｓｙｎｔｈａｓｅｇｅｎｅ（ＳＧＴ１，ＳＧＴ２ａｎｄ
ＳＧＴ３）ｆｒａｇｍｅｎｔｗａｓｏｂｔａｉｎｅｄｂｙｒｅｖｅｒｓｅｔｒａｎｓｃｒｉｐｔｉｏｎｐｏｌｙｍｅｒａｓｅｃｈｉｎｒｅａｃｔｉｏｎ（ＲＴＰＣＲ）．Ｉｔｗａｓｃｌｏｎｅｄｉｎｔｏ
ｐＭＤＲ１９ＴｖｅｃｔｏｒａｎｄｔｈｅｐｏｓｉｔｉｖｅｃｌｏｎｅｓｉｄｅｎｔｉｆｉｅｄｂｙＰＣＲｗｅｒｅｓｅｑｕｅｎｃｅｄ．ＴｈｒｅｅＳＧＴｅｎｚｙｍｅｇｅｎｅｆｒａｇ
ｍｅｎｔｓｗｅｒｅｇａｉｎｅｄｆｒｏｍｓｔｅｍｏｆ犛．狋狌犫犲狉狅狊狌犿，ｅａｃｈｏｆｗｈｉｃｈｃｏｎｔａｉｎｓ１４６７－１５１８ｂｐａｎｄｅｎｃｏｄｅｓａｐｅｐｔｉｄｅｏｆ
４８８－５０５ａｍｉｎｏａｃｉｄｓ．Ｓｉｍｉｌａｒｉｔｙｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｙｓｈａｒｅｏｖｅｒ９９．１２％ｓｉｍｉｌａｒｉｔｙｉｎｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅｓｅ
ｑｕｅｎｃｅａｎｄｏｖｅｒ９９％ｓｉｍｉｌａｒｉｔｙｉｎａｍｉｎｏａｃｉｄｓｅｑｕｅｎｃｅｗｉｔｈｔｈｏｓｅｏｆｏｔｈｅｒｐｌａｎｔＳＧＴａｓｅｇｅｎｅ（Ｕ８２３６７．２，ＤＱ
２１８２７６．１ａｎｄＤＱ２６６４３７）ｉｎＧｅｎＢａｎｋ，ＵＤＰＧｇｌｙｃｏｓｙｌｔｒａｎｓｆｅｒａｓｅｃｏｎｓｅｒｖｅｄｄｏｍａｉｎａｎｄｍａｎｙｉｍｐｏｒｔａｎｔｆｕｎｃ
ｔｉｏｎａｌｓｉｔｅｓ．ｔｈｅＰＩ＝５．５２－５．６２．Ｔｈｅ３Ｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｐｒｏｔｅｉｎｗａｓｐｒｅｄｉｃｔｅｄｂｙｈｏｍｏｌｏｇｙｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅｍｏｄｅｌ
ｉｎｇｉｎＳｗｉｓｓＭｏｄｅｌ，ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅ３ＤｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆＳＧＴｗａｓｈｉｇｈｌｙｓｉｍｉｌａｒｔｏｔｈａｔｏｆｔｈｅｇｌｙｃｏｓｙｌ
ｔｒａｎｓｆｅｒａｓｅ，ｓｏｉｔｗａｓｉｎｆｅｒｒｅｄｔｈａｔＳＧＴ３ｓｈｏｕｌｄｂｅａｍｅｍｂｅｒｏｆｇｌｙｃｏｓｙｌｔｒａｎｓｆｅｒａｓｅｓｕｐｅｒｆａｍｉｌｙｔｈａｔｈａｓｆｕｎｃ
ｔｉｏｎｏｆｓｔｅｒｏｉｄａｌｇｌｙｃｏａｌｋａｌｏｉｄ．狊犵狋１，狊犵狋２ａｎｄ狊犵狋３ｓｉｍｉｌａｒｇｅｎｅｏｂｔａｉｎｅｄｈｅｒｅｗａｓｒｈａｍｎｏｓｙｌｔｒａｎｓｆｅｒａｓｅｇｅｎｅ，
ａｎｄｉｔｓｓｅｑｕｅｎｃｅｗａｓｓｕｂｍｉｔｔｅｄｗｉｔｈ ＧｅｎＢａｎｋ：狊犵狋１，Ｎｏ：ＪＮ６９５００５；狊犵狋２，Ｎｏ：ＪＮ６９５００６；狊犵狋３，Ｎｏ：
ＨＭ１８８４４７．
犓犲狔狑狅狉犱狊：犛狅犾犪狀狌犿狋狌犫犲狉狅狊狌犿；ｇｌｙｃｏａｌｋａｌｏｉｄ；ｓｏｌａｎｉｄｉｎｅｇｌｕｃｏｓｙｌｔｒａｎｓｆｅｒａｓｅ；ｇｅｎｅｃｌｏｎｉｎｇ；ｓｅｑｕｅｎｃｅａｎａｌｙｓｉｓ
６１１ ＡＣＴＡＰＲＡＴＡＣＵＬＴＵＲＡＥＳＩＮＩＣＡ（２０１２） Ｖｏｌ．２１，Ｎｏ．３