全 文 ：第 51 卷 第 5 期
2 0 1 5 年 5 月
林 业 科 学
SCIENTIA SILVAE SINICAE
Vol. 51，No. 5
May，2 0 1 5
doi:10．11707 / j．1001-7488．20150505
收稿日期: 2014 － 07 － 10; 修回日期: 2014 － 08 － 12。
基金项目: 国家自然科学基金项目(30972391; 31170621)。
* 李火根为通讯作者。
北美鹅掌楸 LtCHS基因的克隆及生物
信息学与组织表达特征分析*
罗群凤1，2 胥 猛1 冯源恒1，2 徐嘉娟1 李火根1
(1．南京林业大学 林木遗传与生物技术省部共建教育部重点实验室 南京 210037;
2．广西壮族自治区林业科学研究院 南宁 530002)
摘 要: 【目的】鹅掌楸属花色种间差异较大，是研究木本植物花色形成与调控机制的较理想材料。查尔酮合成
酶基因(CHS)是黄酮类化合物生物合成途径中的关键基因，与植物花色形成密切相关，同时又是研究科以下系统
发育的理想基因，种间进化差异较大，因此 CHS 基因用于研究鹅掌楸属花色差异形成机制有较强的可行性。本研
究克隆北美鹅掌楸的查尔酮合成酶基因，并对其进行生物信息学及组织表达分析，以期为鹅掌楸属树种花色的形
成和调控机制研究提供参考。【方法】以北美鹅掌楸的花芽为材料，采用同源克隆和 ＲACE 技术克隆查尔酮合成
酶基因(LtCHS)，并进一步扩增该基因的基因组序列。对该基因进行生物信息学分析。采用半定量 ＲT-PCＲ 方法
分析 LtCHS 基因在鹅掌楸属种间及不同组织中的表达水平。【结果】获得 2 个查尔酮合成酶基因: LtCHS1 与
LtCHS2。LtCHS1 基因的 cDNA 全长 875 bp，包含 1 个 702 bp 的 OＲF，其基因组 DNA ( gDNA)只含有 1 个外显子，没
有内含子，编码 233 个氨基酸，蛋白质分子量为 71. 88 kDa，等电点为 5. 09。LtCHS2 基因的 cDNA 全长 1 457 bp，包
括 1 个 1 185 bp 的 OＲF，其 gDNA 含有 2 个外显子和 1 个内含子，编码 394 个氨基酸，蛋白质分子量为 120. 0 kDa，
等电点为 4. 97。2 个基因的组织表达分析结果显示，LtCHS 基因不仅在同一树种不同组织间存在差异，而且在种
间也存在表达差异。LtCHS1 基因仅在北美鹅掌楸中表达，LtCHS2 基因在鹅掌楸中表达，在杂交鹅掌楸中二者均有
表达。【结论】获得的 2 个 LtCHS 基因属于同一基因家族，但执行不同功能。二者在种间表达存在差异可能与鹅
掌楸属花色形成有关。结合鹅掌楸属种间花色特征，可初步推测，LtCHS1 基因与 LtCHS2 基因可能分别调控不同类
型花青素的合成。
关键词: 北美鹅掌楸; 查尔酮合成酶; 基因克隆; 半定量 ＲT-PCＲ; 组织表达
中图分类号: S718. 46 文献标识码: A 文章编号: 1001 － 7488(2015)05 － 0037 － 09
Cloning and Bioinformatics of Chalcone Synthase Gene (CHS) in
Liriodendron tulipifera and Characterization of Its Tissue Expression
Luo Qunfeng1，2 Xu Meng1 Feng Yuanheng1，2 Xu Jiajuan1 Li Huogen1
(1 ． Key Laboratory of Forest Genetics and Biotechnology of Ministry of Education Nanjing Forestry University Nanjing 210037;
2 ． Guangxi Institute of Forestry Science Nanning 530002)
Abstract: 【Objective】With obvious inter-specific variation，Liriodendron trees are ideal woody plants for studying gene
regulation on flower color． Chalcone synthase genes (CHS) play key roles in the pathway of flavonoid metabolism，and are
closely related with plant flower． CHS genes are also ideal for phylogeny study within family due to its large differences
between species． Therefore，CHS genes can be used to study the underlying causes for the differences in flower color． In
the study，CHS genes were cloned from L． tulipifera，and its bioinformatics and tissue expression were analyzed to provide
understanding of the mechanisms of formation and regulation of flower color in Liriodendron．【Method】 CHS genes
(LtCHS) from the flower buds of L． tulipifera were cloned using ＲACE ( rapid amplification cDNA ends) method，and
their corresponding genome DNA ( gDNA) were also amplified． Based on bioinformatics analysis，semi-quantitative ＲT-
PCＲ was used to analyze the expression levels of LtCHS genes among different species and different tissues．【Ｒesult】The
full-length cDNA of LtCHS1 and LtCHS2 genes are 875 bp and 1 457 bp，with the open reading frame(OＲF) of 702 bp
林 业 科 学 51 卷
and 1 185 bp respectively． LtCHS1 gene contains only one exon and encodes 233 amino acids． Its encoding protein has a
molecular weight of 71. 88 kDa，with theoretical isoelectric point of 5. 09． While LtCHS2 gene consists of two exons and
one intron，encoding 394 amino acids． The protein has a molecular weight of 120. 0 kDa，with theoretical isoelectric point
of 4. 97． Analysis of tissue expression of the two genes showed that LtCHS genes had differences not only among tissues of
the same species，but also among species． The LtCHS1 gene was expressed only in L． tulipifera and LtCHS2 gene was
expressed only in L． chinense，while in L． chinense × tulipifera，both genes were expressed．【Conclusion】The two LtCHS
genes obtained in this paper belong to the same family but perform different functions． The expression differences of the
LtCHS genes may be associated with color formation of Liriodendron． Considering the characteristics of flower color between
species，LtCHS1 and LtCHS2 genes may regulate the synthesis of different types of anthocyanins．
Key words: Liriodendron tulipifera; chalcone synthase; gene cloning; semi-quantitative ＲT-PCＲ; tissue expression
图 1 鹅掌楸属树种的花色
Fig． 1 The flower colors in Liriodendron
A: 鹅掌楸 L． chinense B: 北美鹅掌楸 L． tulipifera C: 杂交鹅掌楸 L． tulipifera × L． chinense
查尔酮合成酶( chalcone synthase，CHS)是黄酮
类化合物生物合成途径中的第 1 个关键酶(Huang
et al．，2004 )，该酶催化 4 － 香豆酸 － CoA 与丙二
酰 － CoA 反应，合成柚皮素查尔酮 (何水林等，
2004)。查尔酮为类黄酮类物质提供了基本的碳架
结构，为类黄酮、黄酮醇、黄烷酮、花青素糖苷及其他
次生代谢物质的合成提供了保障 (蒋明等，2007;
Martin，1993)。查尔酮合成酶基因在类黄酮类物质
合成中扮演着重要的角色，参与色素合成、防御反
应、植物育性等诸多生理生化过程，在植物的生长
发育中起着至关重要的作用。
CHS 基因广泛存在于被子植物中，具有相同的
氨基酸活性残基，在生物学功能和进化上均较为保
守。CHS 和 CHS 类基因可能来自共同的祖先，在物
种分化和新类群产生过程中发生了不同程度的重复
和变异 ( Durbin et al．，1995; 2000; Austin et al．，
2003)。目前 CHS 基因已在数百种植物中被分离克
隆出来，如银杏(Ginkgo biloba) (李琳玲等，2010)、
大豆( Glycine max) (单丽伟等，2012)、葡萄 ( Vitis
vinifera)(周军等，2010)、百合( Lilium brownii) (安
利清等，2011 )、玉米 ( Zea mays) ( Franken et al．，
1991)、莲(Nelumbo nucifera) (王曼玲等，2006)等，
通常作为研究花色调控的候选基因。
自然界中，木兰科 ( Magnoliaceae ) 鹅掌楸属
(Liriodendron)现仅存 2 种，即分布于我国长江流域
和越南北部的鹅掌楸( L． chinense)，以及天然分布
于美国东部和加拿大南部的北美 鹅掌 楸 ( L．
tulipifera)(Harlow et al．，1994)。而杂交鹅掌楸( L．
tulipifera × L． chinense)则为北美鹅掌楸与鹅掌楸
的人工杂交种。鹅掌楸属树种的花形似郁金香，因
而又称之为郁金香树 ( tulip tree)，其花大、花色艳
丽，观赏性佳，且种间差异明显(图 1)，是研究木本
植物花色形成与调控机制的较理想材料。但迄今为
止，有关鹅掌楸属树种花色调控基因研究尚为空白。
由于查尔酮合成酶 (CHS)是植物花色素合成中的
一个关键酶，其表达受 UV 照射 ( Kreuzaler et al．，
1983)、真菌侵染(Lamb et al．，1989)等条件诱导，且
在花中特异性表达( Johzuka-Hisatomi et al．，1999)，
其表达量的改变可能导致植物花色的变异(Elomaa
et al．，1993)，对花色形成具有重要影响; CHS 基因
又是研究科以下系统发育的理想材料，种间进化差
异较大。因此 CHS 基因用于研究鹅掌楸属花色差
异形成机制有较强的可行性。本研究以北美鹅掌楸
的花芽为材料，采用同源克隆和 ＲACE 技术克隆查
尔酮合成酶(CHS)基因，并对其进行生物信息学及
组织表达分析，以期为鹅掌楸属树种花色的形成和
83
第 5 期 罗群凤等: 北美鹅掌楸 LtCHS 基因的克隆及生物信息学与组织表达特征分析
调控机制研究提供参考。
1 材料与方法
1. 1 试验材料
2012 年春季，在江苏句容南京林业大学下蜀实
习林场的鹅掌楸属种源试验林内采集 1 株北美鹅掌
楸(引自美国路易斯安那州，编号: LYS)的花芽用
于基因克隆，同时，采集另 1 株北美鹅掌楸(种源不
详，编号: BM)，以及鹅掌楸 (引自福建武夷山，编
号: WYS)、杂交鹅掌楸(编号: F1)各 1 株，取其花
萼、花瓣、雄蕊和叶片 4 个组织作为基因表达分析的
试验材料，液氮速冻后置于 － 80 ℃ 冰箱中保存
备用。
1. 2 基因组 DNA 和 ＲNA 的提取及 cDNA 第 1 链
的合成
采用德国 Qiagen 公司的 DNeasy  Plant Mini
Kit 提取 DNA，采用北京 TIANGEN 公司的 ＲNAplant
plus Ｒeagent 和德国 Qiagen 公司的 ＲNeasy Plant
Mini Kit 提取 ＲNA，并对其分别进行 DNA 和 ＲNA
的消化。取适量样品用 1%琼脂糖凝胶电泳检测其
完整性，并用紫外分光光度计检测其浓度与纯度。
以总 ＲNA 为模板，并以 Oligo ( dT) 18 Primer 为
引物，参照 Thermo Scientific 公司的 ＲevertAid First
Strand cDNA Synthesis Kit 合成第 1 链 cDNA，存于
－ 20 ℃备用。
1. 3 ＲACE 扩增
3ＲACE 和 5 ＲACE 按照 TaKaＲa 公司试剂盒
说明书进行。根据 NCBI 数据库中查找到的北美鹅
掌楸 CHS 基因(LtCHS)的部分序列设计基因特异引
物 3GSP1 ( 5-GACATGCCTGGTGCTGATTA-3)，
3GSP2 ( 5-GCGTGTTCTTGTTGTGTGCT-3)，5GSP1
(5-CAACACACCATATCATACGCAC-3)，5GSP2(5-
CTTCCCTTCCTCTACAGATTTCTT -3)和 5GSP3 (5-
GTGGACAACGAACCTTAACTCT-3)， 5GSP4 ( 5-
AATCCAGCCGTTCTCCAGTC-3)。 3 端 分 别 以
3GSP1、3GSP2 进行第 1 轮和第 2 轮嵌套式 PCＲ 扩
增。5端分别以 5GSP1、5GSP2 和 5GSP3、5GSP4 进
行第 1 轮和第 2 轮扩增，得到 2 个 5 ＲACE 产物。
将 PCＲ 产物经 2%琼脂糖凝胶电泳检测，切下目的
条带用胶回收试剂盒(北京 TIANGEN)进行回收，产
物与 pMD 19-T Vector(TaKaＲa)进行连接，转化大
肠杆菌(Escherichia coli)TOP10 感受态细胞，最后将
筛选到的阳性克隆菌液送上海英骏生物技术有限公
司测序。
1. 4 全长 cDNA 序列和基因组 DNA 序列的扩增
采用 BioXM 软件对 LtCHS 基因的 3 ＲACE
和 5 ＲACE 的 测 序 结 果 进 行 比 对 拼 接，通 过
NCBI 预测分析全长编码序列，设计全长引物
CHS1 -F ( 5 -ATGATGTACCAACAAGGTTG-3 ) ，
CHS1 -Ｒ (5 -AACACACCATATCATACGCAC-3)和
CHS2-F (5 - CCCTTTGAGAGAGAACTATTAC-3)，
CHS2-Ｒ (5-TGGACAACGAACCTTAACTCT-3)分别
扩增北美鹅掌楸( LYS)的 LtCHS1 和 LtCHS2 cDNA
和 gDNA 全长序列，最后将目的片段进行克隆测序。
1. 5 生物信息学分析
利用 OＲF Finder 软件对序列进行分析，利用
ProtParam 软件计算蛋白质的分子质量和理论等电
点。采用 InterProScan ( http: ∥ www． ebi． ac． uk /
InterProScan / index． html)在线软件工具进行结构域
和功能位点预测，运用 ProtScale 程序( http:∥web．
expasy． org / protscale /)绘制蛋白质的亲疏水性系列
谱; 利用欧洲生物学实验室提供的蛋白质序列和结
构预 测 服 务 网 站 PredictProtein ( http: ∥ www．
predictprotein． org /)预测蛋白质的二级结构; Swiss-
Model Workspace ( http: ∥ swissmodel． expasy． org /
workspace /)预测蛋白质三级结构 ( Guex et al．，
1997; Schwede et al．，2003; Arnold et al．，2006;
Kiefer et al．，2009)。
1. 6 CHS 基因的组织表达分析
分别提取北美鹅掌楸(BM)、鹅掌楸(WYS)及杂
交鹅掌楸(F1)的花萼、花瓣、雄蕊和叶片 4 个组织的
总 ＲNA，以反转录得到的第 1 链 cDNA 为模板，
CHS3-F ( 5-GGCTCATCTCAACGAACATC-3)，CHS3-Ｒ
(5-AACACACCATATCATACGCAC-3)和 CHS4-F(5-
CACCGCACAAACCATACTAC-3)， CHS4-Ｒ ( 5-
TGGACAACGAACCTTAACTCT-3) 为 引物进行 ＲT-
PCＲ 扩增，检测 2 个 CHS 基因在不同种及不同组织
中的表达情况。内参基因上下游引物分别为 ACT-F
( 5-TCGAGCAGGAGCTAGAGACA-3)，ACT-Ｒ ( 5-
AAGAGATGGCTGGAAGAGGA-3)。反 应 体 系 为
20 μL，包括 10 × PCＲ Buffer (Mg2 + Free) 2. 0 μL，
MgCl2 ( 25 mmol· L
－ 1 ) 1. 5 μL，dNTP Mixture
(2. 5 mmol·L － 1)1. 3 μL，引物各 1. 0 μL，模板 cDNA
1. 0 μL，rTaq 1. 0 μL，ddH2O 11. 2 μL。反应程序
为: 94 ℃3 min; 94 ℃ 30 s，58 ℃ 30 s，72 ℃ 1 min，
28 个循环; 最后延伸 10 min。
93
林 业 科 学 51 卷
2 结果与分析
2. 1 LtCHS 基因全长序列的获得与分析
通过 3ＲACE 和 5ＲACE 的 2 轮 PCＲ 扩增获得
2 个 CHS 基因，在 BioXM 上进行比对拼接，获得基
因全长，命名为 LtCHS1、LtCHS2。根据拼接得到的
序列设计特异性引物，将 PCＲ 扩增获得的目的条带
送上海英骏生物技术有限公司进行测序，测序结果
和拼接结果完全吻合。
LtCHS1 基因的 cDNA 全长 875 bp，其中包括 1 个
13 bp 的 5-UTＲ，1 个 702 bp 的 OＲF，1 个 160 bp 的
3-UTＲ。该基因在 14 － 16 位为起始密码子 ATG，下
游有同框终止密码子 TAA 和 polyA 尾。推导该序列
编码 233 个氨基酸，蛋白质分子量为 71. 88 kDa，等电
点为 5. 09。用 OＲF Finder 软件对序列进行分析，
LtCHS1 基因的 OＲF 结构如图 2 所示。
图 2 LtCHS1 全长 cDNA 序列及推导氨基酸序列
Fig． 2 The full-length of cDNA and cDNA-derived amino acid sequences of LtCHS1
LtCHS2 基因的 cDNA 全长 1 457 bp，其中包括
1 个 96 bp 的 5-UTＲ，1 个 1 185 bp 的 OＲF，1 个
176 bp 的 3-UTＲ。该基因在 97 － 99 位为起始密码
子 ATG，下游有同框终止密码子 TAA 和 polyA 尾。
该基因编码 394 个氨基酸，蛋白质分子量为 120. 0
kDa，等电点为 4. 97。用 OＲF Finder 软件对序列进
行分析，LtCHS2 基因的 OＲF 结果如图 3 所示。
将北美鹅掌楸( LYS)的基因组序列 PCＲ 扩增
产物在 2%琼脂糖凝胶上进行电泳检测，将目的片
段切下，转化大肠杆菌后送上海英骏公司测序，得到
LtCHS1 和 LtCHS2 基因的基因组序列。利用 Gene
Structure Display Server ( GSDS) ( http:∥ gsds． cbi．
pku． edu． cn /)将它们的 gDNA 与 cDNA 进行比较
(郭安源等，2007)后发现: LtCHS1 基因只含有 1 个
外显子，没有内含子; 而 LtCHS2 基因 gDNA 序列长
2 842 bp，含有 2 个外显子(外显子Ⅰ185 bp，外显子
Ⅱ1 000 bp)，含 1 个内含子，长 1 559 bp。LtCHS2
基因比 LtCHS1 基因的 gDNA 序列长很多。2 个基
因的外显子 /内含子结构见图 4。
2. 2 LtCHS 基因编码蛋白质产物的功能分析和亲
疏水性比较
根据 InterProScan 在线软件分析 CHS 基因编码
产物的结构域和功能位点，发现 LtCHS2 具有典型
的 CHS 蛋白保守结构域: N － 末端结构域 (从 Ile6
04
第 5 期 罗群凤等: 北美鹅掌楸 LtCHS 基因的克隆及生物信息学与组织表达特征分析
图 3 LtCHS2 全长 cDNA 序列及推导氨基酸序列
Fig． 3 The full-length of cDNA and cDNA-derived amino acid sequences of LtCHS2
到 Pro230)、C －末端结构域(从 Gln239到 Pro389)、聚合
酶Ⅲ结构域(从 Met1 到 Thr391 ); 而 LtCHS1 只含有
N －末端结构域(从 Met1 到 Pro71 )、C － 末端结构域
(从 Gln80到 Pro230)，没有聚合酶Ⅲ结构域。
将 LtCHS1、LtCHS2 蛋白质氨基酸序列提交到
ProtScale 网站 ( http:∥ web． expasy． org / protscale /)
进行亲疏水性分析，其蛋白质亲疏水性序列谱见图
5。从图中可以看出: 这 2 个蛋白质同时具有疏水
性和亲水性区域。LtCHS1 蛋白质的疏水性氨基酸
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林 业 科 学 51 卷
残基明显多于亲水性氨基酸残基，属于疏水性蛋白
质，疏水指数为 － 2. 244 ～ 2. 689，疏水区域最高值
(Score = 2. 689)出现在第 184 个氨基酸残基，亲水
区域的最高值(Score = － 2. 244)出现在第 196 个氨
基酸残基。而 LtCHS2 蛋白质的亲疏水性氨基酸残
基分布较为均衡，疏水指数为 － 2. 578 ～ 2. 422，疏水
区域的最高值(Score = 2. 422)出现在第 343 个氨基
酸残基，亲水区域的最高值( Score = － 2. 578)出现
在第 355 个氨基酸残基。
图 4 北美鹅掌楸 CHS 基因外显子 /内含子结构
Fig． 4 Exon / intron structure diagram for CHS gene in L． tulipifera
图 5 北美鹅掌楸 CHS 基因编码蛋白质的亲疏水性序列谱
Fig． 5 Hydropathy profile of protein coded by CHS gene in L． tulipifera
图 6 北美鹅掌楸 CHS 蛋白质的 PHD 跨膜结构预测结果
Fig． 6 Predicted helical transmembrane region of CHS of L． tulipifera
2. 3 LtCHS 基因编码蛋白质的二级结构预测
LtCHS1 基因所编码蛋白质由 36. 05% 的 H(α-
helix)、17. 17%的 E(β-sheet)和 46. 78%的 L( coil)
组成，其中有 49. 79% 的氨基酸残基表面裸露 16%
以上。LtCHS1 蛋白质有跨膜结构(图 6)。
LtCHS2 基因所编码蛋白质由 39. 34% 的 H
24
第 5 期 罗群凤等: 北美鹅掌楸 LtCHS 基因的克隆及生物信息学与组织表达特征分析
(α-helix)、11. 93% 的 E ( β-sheet) 和 48. 73% 的 L
( coil)组成，其中有 44. 16%的氨基酸残基表面裸露
16%以上。LtCHS2 蛋白质也有跨膜结构(图 6)。
2. 4 LtCHS 基因编码蛋白质三级结构预测
蛋白质三级结构预测结果(图 7)显示: LtCHS1
基因编码蛋白质以 Swiss-Model Workspace 上编号为
1i88B 的模型作为模板，CHS1 蛋白质与模板有较高
相似性的是 1 － 231 位氨基酸，相似性为 78. 45%。
LtCHS2 基因编码蛋白质以 Swiss-Model Workspace
上编号为 1bq6A 的模型作为模板，CHS2 蛋白质与
模板有较高相似性的是 4 － 390 位氨基酸，相似性
达 83. 25%。
图 7 北美鹅掌楸 CHS 基因所编码蛋白质的三级结构模型
Fig． 7 Predicted tertiary structure model of protein coded by CHS in L． tulipifera
图 8 鹅掌楸属 CHS 基因半定量 ＲT-PCＲ 检测
Fig． 8 Detection of CHS gene in Liriodendron based on semi-quantitative ＲT-PCＲ
2. 5 LtCHS 基因组织表达差异分析
通过半定量 ＲT-PCＲ 的方法对鹅掌楸属不同种
及不同组织的表达情况进行分析，结果(图 8)显示:
LtCHS1、LtCHS2 基因在北美鹅掌楸(BM)、杂交鹅掌
楸(F1)、鹅掌楸 (WYS)各个组织中的表达存在差
异。LtCHS1 基因在各个样本、组织中表达量均不
高，在北美鹅掌楸的花萼和花瓣中有少量表达，杂交
鹅掌楸只有花萼中有表达，而在鹅掌楸的 4 个组织
中表达均很微弱，几乎无法检测。LtCHS2 基因在鹅
掌楸、杂交鹅掌楸的各个组织中都有表达，表达量明
显增加，且在花萼和花瓣的表达量都明显高于雄蕊
和叶片，而在北美鹅掌楸 4 个组织中几乎无法检测
到表达。
3 结论与讨论
自 1983 年获得第 1 个 CHS 基因序列(Ｒeimold
et al．，1983)以来，己从苔藓、蕨类、裸子植物和被子
植物中克隆了约 700 个 CHS 基因及其相关基因的
序列，并对其功能进行了研究和分类。CHS 基因是
一个多基因家族，其基因结构非常保守( Lanz et al．，
34
林 业 科 学 51 卷
1991)，多数 CHS 基因包含 2 个外显子和 1 个内含
子，并且内含子的位置在所有己知序列中相似。本
研究采用同源克隆策略和 ＲACE 技术克隆得到 2 个
北美鹅掌楸 CHS 基因全长序列。LtCHS1 基因仅有
1 个外显子，无内含子; LtCHS2 基因与大多数 CHS
相似，包含 2 个外显子和 1 个内含子。将 2 个
LtCHS 基因序列进行比对后发现，北美鹅掌楸 LtCHS
基因序列与其他物种的 CHS 序列相似度较高。因
此可以认为，LtCHS 基因属于 CHS 基因家族成员。
至于鹅掌楸属中是否还存在其他 CHS 基因家族成
员，还有待进一步的研究。
LtCHS 基因在各组织中的半定量 ＲT-PCＲ 结果
显示，2 个基因的表达不仅在同一树种不同组织间
存在差异，而且在种间也存在表达差异。在所涉及
的 4 个组织中，LtCHS1 基因只在北美鹅掌楸和杂交
鹅掌楸中表达，而 LtCHS2 基因则在杂交鹅掌楸和鹅
掌楸中表达。这可能是由于 LtCHS1 与 LtCHS2 基因
虽属于同一基因家族但执行不同功能，其具体的功
能差异还有待进一步的分析。
杂交鹅掌楸与鹅掌楸、北美鹅掌楸的花色存在
明显差异，如图 1 所示，杂交鹅掌楸的花色兼具双亲
特征。查尔酮合成酶 ( CHS)在植物的花青素的合
成、防 UV 照射和外源基因的表达等过程中起着重
要的作用(Koes et al．，1989)。本研究发现，杂交鹅
掌楸同样兼具双亲各自独有的 CHS 基因，表明 CHS
基因可能与鹅掌楸花色形成有关。结合 LtCHS 基因
组织差异表达结果与鹅掌楸种间花色特征，可初步
推测，LtCHS1 基因与 LtCHS2 基因可能分别调控不
同类型花青素的合成，LtCHS1 基因合成的花青素颜
色偏红，而 LtCHS2 基因合成的花青素颜色偏绿。当
然，该推论尚需进一步的基因功能验证。
此外，由于 CHS 基因非常保守，被视为研究物
种进化关系的适合工具(Ursula et al．，1987; Soltis et
al．，1998)。Durbin 等(2000)指出，CHS 非常适合用
于基因家族起源和基因复制的研究。而 Soltis 等
(1998)则大胆地推测 CHS 可能适合于科以下居群
间的进化研究。因此，LtCHS 基因也有可能作为鹅
掌楸属种间进化研究的候选基因之一。
参 考 文 献
安利清，杨 凯，张 克，等 ． 2011． 百合查尔酮合成酶基因的克隆
与分析 ． 西北植物学报，31 (3) : 492 － 498．
(An L Q，Yang K，Zhang K，et al． 2011． Cloning and analysis of
chalcone synthase gene of Lily． Acta Botanica Boreali-Occidentalia
Sinica，31 (3) : 492 － 498． ［in Chinese］)
郭安源，朱其慧，陈 新，等 ． 2007． GSDS:基因结构显示系统 ． 遗
传，29(8) : 1023 － 1026．
(Guo A Y，Zhu Q H，Chen X，et al． 2007． GSDS: a gene structure
display server． Hereditas，29(8) :1023 － 1026． ［in Chinese］)
何水林，郑金贵，林 明，等 ． 2004． 植物芪类次生代谢物的功能、
合成调控及基因工程研究进展 ． 农业生物技术学报，12 (1 ) :
102 － 108．
(He S L，Zheng J G，Lin M，et al． 2004． Advances of biological
function， regulatory mechanism of biosynthesis and genetic
engineering of stilbenes in plant． Journal of Agricultural
Biotechnology，12 (1) : 102 － 108． ［in Chinese］)
蒋 明，曹家树 ． 2007． 查尔酮合成酶基因 ． 细胞生物学杂志，29
(4) : 525 － 529．
( Jiang M，Cao J S． 2007． Chalcone synthase gene． Chinese Journal of
Cell Biology，29(4) : 525 － 529． ［in Chinese］)
李琳玲，程 华，程水源，等 ． 2010． 银杏查尔酮合成酶基因启动子
(GbCHSP ) 调 控 元 件 及 功 能 分 析 ． 园 艺 学 报，37 ( 12 ) :
1919 － 1928．
(Li L L，Chen H，Cheng S Y，et al． 2010． Ｒegulatory elements and
functional analysis of chalcone synthase gene promoter from Ginkgo
biloba L． Acta Horticulturae Sinica，37 (12 ) : 1919 － 1928． ［in
Chinese］)
单丽伟，汪 勇，王美玲，等 ． 2012． 大豆类黄酮生物合成关键酶
CHS 基因的克隆及表达分析 ． 西北植物学报，32 ( 11 ) :
2164 － 2168．
( Shan L W，Wang Y，Wang M L，et al． 2012． Cloning and expression
analysis of CHS genes involved in the biosynthesis of flavonoids in
Soybean． Acta Botanica Boreali-Occidentalia Sinica，32 ( 11 ) :
2164 － 2168． ［in Chinese］)
王曼玲，董 臣，朱虹琳，等 ． 2006． 莲查尔酮合酶基因的克隆及序
列分析 ． 分子植物育种，4 (3) : 30 － 35．
(Wang M L，Dong C，Zhu H L，et al． 2006． Molecular cloning and
analysis of chalcone synthase gene in Nelumbo nucifera ( Lotus) ．
Molecular Plant Breeding，4 (3) : 30 － 35． ［in Chinese］)
周 军，陶建敏，彭日荷，等 ． 2010． 巨峰葡萄查尔酮合成酶基因 4
的克隆及表达特性的 ＲT-PCＲ 分析 ． 南京农业大学学报，33
(2) :39 － 44．
(Zhou J，Tao J M，Peng Ｒ H，et al． 2010． Cloning and expression
analysis of CHS4 of Kyoho grape by ＲT-PCＲ． Journal of Nanjing
Agricultural University，33(2) :39 － 44． ［in Chinese］)
Arnold K， Bordoli L， Kopp J， et al． 2006． The SWISS-MODEL
Workspace: a web-based environment for protein structure homology
modelling． Bioinformatics，22(2) :195 － 201．
Austin M B，Noel J P． 2003． The chalcone synthase superfamily of type
III polyketide synthases． Natural Product Ｒeports， 20 ( 1 ) :
79 － 110．
Durbin M L，Learn G H，Huttley G A，et al． 1995． Evolution of the
chalcone synthase gene family in the genus Ipomoea． Proceedings of
the National Academy of Sciences of the United States of America，
92(8) : 3338 － 3342．
Durbin M L，McCaig B，Clegg M T． 2000． Molecular evolution of the
chalcone synthase multigene family in the morning glory genome．
Plant Mol Biol，42(1) : 79 － 92．
Elomaa P，Honkanen J，Puska Ｒ，et al． 1993． Agrobacterium-mediated
44
第 5 期 罗群凤等: 北美鹅掌楸 LtCHS 基因的克隆及生物信息学与组织表达特征分析
transfer of antisense chalcone synthase cDNA to gerbery hybrida
inhibits flower pigmentation． Biotechnology，11(4) : 508 － 511．
Franken P，Niesbach K U，Weydemann U，et al． 1991． The duplicated
chalcone synthase genes C2 and Whp ( white pollen) of Zea mays
are independently regulated; evidence for translational control of
Whp expression by the anthocyanin intensifying gene in． EMBO J，
10(9) :2605 － 2612．
Guex N，Peitsch M C． 1997． Swiss-Model and the Swiss-PdbViewer: An
environment for comparative protein modelling． Electrophoresis，18:
2714 － 2723．
Harlow W M，Harrar E S． 1994． Textbook of dendrology． New York，
the USA: McGrau-Hill Book Company，397 － 400．
Huang J X ，Qu L J ，Gu H Y． 2004． A preliminary study on the origin
and evolution of chalcone synthase ( CHS ) gene in angiosperms．
Acta Botanic Sinica，46 (1) : 10 － 19．
Johzuka-Hisatomi Y，Hoshino A，Mori A，et al． 1999． Characterization
of the chalcone synthase genes expressed in flowers of the common
and Japanese morning glories． Genes Genet Syst， 74 ( 4 ) :
141 － 147．
Kiefer F，Arnold K， Künzli M， et al． 2009． The SWISS-MODEL
repository and associated resources． Nucleic Acids Ｒesearch，37:
D387 － D392．
Koes Ｒ E，Spelt C E，van den Elzen P J，et al． 1989． Cloning and
molecular characterizaton of chalcone synthase multigene family of
Petunia hybrida． Gene，81(2) :245 － 257．
Kreuzaler F，Ｒagg H，Fautz E，et al． 1983． UV-induction of chalcone
synthase mＲNA in cell suspension culture of Petroselinum hortense．
Proc Nat Acad Sci USA，80(9) : 2591 － 2593．
Lamb C J，Lawton M A，Dron M，et al． 1989． Signal and construction
mechanisms for activation of plant defenses against microbial attack．
Cell，56(2) : 215 － 224．
Lanz T，Tropf S，Marner F J，et al． 1991． The role of cysteines in
polyketide synthase site directed mutagenesis of resveratrol and
chalcone synthase，two enzymes in different plant-specific pathways．
J Biol Chem，266: 9971 － 9976．
Martin C Ｒ． 1993． Structure，function，and regulation of the chalcone
synthase (CHS) ． Interation Ｒeview of Cytology，147: 233 － 284．
Ｒeimold U，Kroeger M，Kreuzaler F，et al． 1983． Coding and 3 non-
coding nucleotide sequence of chalcone synthase messenger ＲNA
and assignment of amino acid sequence of the enzyme． EMBOJ，2
(10) : 1801 － 1805．
Schwede T， Kopp J， Guex N， et al． 2003． SWISS-MODEL: an
automated protein homology-modeling server． Nucleic Acids
Ｒesearch，31: 3381 － 3385．
Soltis D E，Soltis P S． 1998． Choosing an approach and an appropriate
gene for phylogenetic analysis∥Sotis D E． Molecular systematics of
plants II． DNA sequencing． Alphen aan den Ｒijn，Holland: Kluwer
Academic Publishers，1 － 42．
Ursula N K，Barzen E B． 1987． Chalcone synthase gene in plants: a tool
to study evolutionary relationships． J Mol Evol，26(3) : 213 － 225．
(责任编辑 徐 红)
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