全 文 ：园艺学报，2016，43 (7)：1315–1325.
Acta Horticulturae Sinica
doi：10.16420/j.issn.0513-353x.2016-0180；http：//www. ahs. ac. cn 1315
收稿日期：2016–05–17；修回日期：2016–07–01
基金项目：广东省自然科学基金项目（2015A030310133）；广东省省级科技计划项目（2015A030302044；2015B070701014）；广东省农
业科学院院长基金项目（201403）
* 通信作者 Author for correspondence（E-mail：tianayuu@gmail.com；trqli@jnu.edu.cn）
南瓜肌醇单磷酸酶基因 CmIMP1 和 CmIMP2 的
克隆与表达分析
王安君 1,2，李玉丹 2,3，黄河勋 2，罗少波 2,4，吴廷全 2,4，李任强 1,*，
钟玉娟 2,4,*
（1 暨南大学生命科学技术学院，广州 510632；2 广东省农业科学院蔬菜研究所，广州 510640；3华中农业大学园艺
林学学院，武汉 430070；4 广东省蔬菜新技术研究重点实验室，广州 510640）
摘 要：以中国南瓜（Cucurbita moschata）为试验材料，利用同源克隆和南瓜转录组 unigene 序列获
得 2 个 IMP 基因的全长 cDNA 序列，将两个基因命名为 CmIMP1 和 CmIMP2，GenBank 登录号为 KP735607
和 KP735608。CmIMP1 基因 cDNA 全长 1 053 bp，包含 1 个 810 bp 的 ORF，共编码 269 个氨基酸；CmIMP2
基因 cDNA 全长 945 bp，包含 1 个 807 bp 的 ORF，共编码 268 个氨基酸。序列分析发现两个基因均含有
磷酸酶家族锂敏感的 3 个特殊结构域，系统进化树分析表明这 2 个南瓜 CmIMP 与其他植物 IMP 有较高同
源性（63.8% ~ 94.0%），并与葫芦科作物最接近。采用荧光定量 PCR 研究 CmIMP 在各组织及逆境条件下
的表达模式显示，其表达具有组织特异性，在叶中表达最高，须和幼果次之；盐胁迫和干旱胁迫可强烈
诱导 CmIMP 表达，ABA 对 CmIMP 的诱导较微弱，推测 CmIMP 在南瓜响应非生物胁迫的分子调控机制
方面发挥重要作用。
关键词：南瓜；CmIMP；基因克隆；非生物胁迫；荧光定量 PCR
中图分类号：S 642.1 文献标志码：A 文章编号：0513-353X（2016）07-1315-11

Cloning and Characterization of Two Genes Encoding Myo-inositol
Monophosphatase 1（CmIMP1）and 2（CmIMP2）from Pumpkin
WANG An-jun1,2，LI Yu-dan2,3，HUANG He-xun2，LUO Shao-bo2,4，WU Ting-quan2,4，LI Ren-qiang1,*，
and ZHONG Yu-juan2,4,*
（1Department of Biotechnology，Jinan University，Guangzhou 510632，China；2Vegetable Research Institute，Guangdong
Academy of Agricultural Sciences，Guangzhou 510640，China；3College of Horticulture & Forestry Sciences，Huazhong
Agricultural University，Wuhan 430070，China；4Guangdong Key Laboratory for New Technology Research of Vegetables，
Guangzhou 510640，China）
Abstract：The full-lengh cDNA sequences of the homologous IMP genes encoding myo-inositol
monophosphatase，named CmIMP1 and CmIMP2 were cloned from pumpkin（Cucurbita moschata
Duch.），using homological cloning method according to the corresponding unigene sequences obtained
from the published transcriptome. The GenBank accession numbers for CmIMP1 and CmIMP2 were

Wang An-jun，Li Yu-dan，Huang He-xun，Luo Shao-bo，Wu Ting-quan，Li Ren-qiang，Zhong Yu-juan.
Cloning and characterization of two genes encoding myo-inositol monophosphatase 1（CmIMP1）and 2（CmIMP2）from pumpkin.
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KP735607 and KP735608，respectively. Sequence analysis showed that the cDNA sequence length of
CmIMP1 is 1 053 bp containing an 810 bp open reading frame（ORF），encoding 269 amino acids. The
cDNA sequence length of CmIMP2 is 945 bp with an ORF of 807 bp，encoding 268 amino acids. Amino
acid alignments revealed that the two CmIMP gene sequences contained three conserved domains for
lithium-sensitive monophosphatase enzyme and shared high identities with homologous genes from other
plants with identity percentage from 63.8% to 94.0%，among which the IMPs from cucumber and
muskmelon had the highest identities with them. Real-time PCR analysis suggested that the expression of
CmIMP1 and CmIMP2 exhibited tissue specificity with highest in leaves followed by stem hair and 2-day
fruit. Real-time PCR analysis for the abiotic stress treatment showed that salt stress，ABA，and drought
could induce the expression of CmIMP1. Drought could strongly induce the expression of CmIMP2，then
followed by salt stress，while ABA could hardly induce CmIMP2 expression. These results indicated that
CmIMP might play significant role in molecular mechanism of pumpkin responding to abiotic stress.
Key words：pumpkin；CmIMP；gene cloning；abiotic stress；real-time PCR

在植物中，肌醇是多糖、植酸、维生素 C 和脱落酸的合成前体，参与生长素贮藏和转运。肌醇
通常以肌醇六磷酸盐的形式存在于植物中，参与细胞膜形成和渗透保护（Toker，1998），具有抵抗
非生物胁迫和病害等作用（Iqbal et al.，2002；翟红和刘庆昌，2009；金京波，2010；姚慧和夏凯，
2014）。因此，肌醇是植物的一个重要代谢小分子，对于植物生长发育和抗逆性均具有重要意义。其
中，肌醇单磷酸酶（myo-inositol monophosphatase，IMP）是磷酸肌醇细胞信号通道中关键酶之一
（Nishizuka，1984；Berridge & Irvine，1989），直接催化 1L–肌醇–3–磷酸脱去磷酸合成肌–肌
醇单体（Loewus & Murthy，2000）。IMP 不仅可以脱去磷酸肌醇盐的磷酸，也可以脱去磷酸肌醇分
解物的磷酸（Gillaspy et al.，1995；Quintero et al.，1996；Loewus & Murthy，2000），从而可以从头
合成肌醇，也可以通过补救途径合成肌醇。
IMP 基因在人和动物上研究较多，而植物中主要在拟南芥（Torabinejad et al.，2009）、大麦（Fu
et al.，2008）、番茄（Gillaspy et al.，1995）、水稻（Suzuki et al.，2007）等作物报道了该基因。研
究发现，IMP 酶可由 1 个基因（大麦和水稻）或多个基因（番茄、拟南芥）编码，其中番茄的 IMP
酶是由 3 个基因组成的小基因家族编码，这 3 个 IMP 酶基因在基因表达和发育调节方面存在差异
（Gillaspy et al.，1995；Styer et al.，2004）。在拟南芥中 IMP 基因缺失会导致 MI 和维生素 C 减少，
根系生长受阻，发芽率降低。另外，在拟南芥中发现 2 个类似的 IMP 蛋白基因，IMPL1 和 IMPL2
（Sato et al.，2011）。研究发现这两个基因在不同的发育阶段和组织表达模式不同，IMP 和 IMPL1
参与磷酸肌醇和半乳糖合成代谢，IMPL2 不参与磷酸肌醇代谢（Nourbakhsh et al.，2014），IMPL2
参与组氨酸的合成（Torabinejad et al.，2009；Petersen et al.，2010）。前人已证实肌醇在植物抵抗非
生物胁迫和病害中起着重要作用，而关于植物 IMP 酶在非生物胁迫下的抗逆功能探索仅在少数植物
有报道。在鹰嘴豆中发现 CaIMP 参与磷酸盐、肌醇磷酸盐和 MI 等合成代谢，从而在胁迫条件下提
高植物抗氧化、抗逆的功能（Saxena et al.，2013），且鹰嘴豆 CaIMP 基因 5 UTR 区短序列重复可以
提高植株的抗旱性（Joshi-Saha & Reddy，2015）。在大麦中非生物胁迫对 IMP1 基因诱导较微弱，
但 IMP1 表达量的减少与肌醇增加的水平成一定的比例（Fu et al.，2008）。但目前关于 IMP 转基因
功能验证的研究较少，有待进一步的探索。
南瓜富含肌醇类物质，然而目前并没有肌醇合成相关酶基因的报道。本研究中利用生物信息学
王安君，李玉丹，黄河勋，罗少波，吴廷全，李任强，钟玉娟.
南瓜肌醇单磷酸酶基因 CmIMP1 和 CmIMP2 的克隆与表达分析.
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结合 RT-PCR 的方法从南瓜中克隆了与肌醇合成相关的肌醇单磷酸酶基因，研究该基因的组织表达
和非生物胁迫诱导表达特征，为进一步研究南瓜 CmIMP 的非生物胁迫防御机理提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 试验材料及其处理
供试材料为‘香蜜小南瓜’（由广东省农科院蔬菜所瓜类研究二室提供，供试材料于 2015 年 10
月 11 日播种于广东省蔬菜新技术研究重点实验室光照培养室）。种子萌芽后播种于装有珍珠岩的穴
盘中，在 1/2 Hoagland 营养液中培育，每两天换 1 次营养液（26 ℃，60% 湿度，10 h 光照/14 h 黑
暗条件下培养）。南瓜嫩叶在液氮中速冻后，保存于–80 ℃冰箱用于 RNA 抽提和 CmIMP 基因克隆；
两叶一心期的幼苗作为胁迫处理材料，处理后分别收取完整的根、嫩茎、嫩叶在液氮中速冻后保存
于–80 ℃冰箱，备用于目标基因的组织表达分析。
1.2 南瓜 CmIMP 基因全长 cDNA 的克隆
采用 Trans Zol plant（Trans Gen Biotech）试剂盒提取样品的总 RNA。以嫩叶样品中的 1 μg 总
RNA 为模版，利用 PrimeScriptTM RT reagent Kit with gDNA Eraser（Perfect Real-time)（TaKaRa，大
连，中国）试剂盒去除基因组 DNA 并反转录合成 cDNA。使用 Primer 5.0 设计 3 对引物：IMP1-F、
IMP1-R；IMP2-F、IMP2-R；IMP1-F-2、IMP1-R-2（表 1）。以南瓜的 cDNA、DNA 为模板，按照下
列体系进行扩增：5× Q5 Buffer 10 µL，dNTP Mixture 1 µL，Primer-R 2.5 µL，Primer-F 2.5 µL，cDNA
或 DNA 模板 1.5 µL，Taq DNA 聚合酶 2 µL，DEPC 水 21.5 µL，Q5 Enhancer 10 µL。扩增反应程序
PCR-1 为：94 ℃预变性 5 min；94 ℃变性 30 s，62 ℃退火 30 s，72 ℃延伸 2 min，94 ℃变性 30 s，
60 ℃退火 30 s，72 ℃延伸 2 min，94 ℃变性 30 s，58 ℃退火 30 s，72 ℃延伸 2 min，94 ℃变性 30 s，
56 ℃退火 30 s，72 ℃延伸 2 min，94 ℃变性 30 s，54 ℃退火 30 s，72 ℃延伸 2 min，循环 2 次；
94 ℃变性 30 s，52 ℃退火 30 s，72 ℃延伸 2 min，循环 30 次；72 ℃再延伸 7 min。1%琼脂糖凝
胶电泳提取 PCR 产物，采用 DNA 快速纯化/回收试剂盒回收扩增产物的琼脂糖电泳片段，将目的片
段回收后利用 Trans Gen Biotech 生物公司的 pEASY®-T1 Cloning Kit 试剂盒（北京，中国）克隆到 T
载体并转化大肠杆菌。在含氨苄的 LB 液体选择培养基中培养，挑选 1 μL 阳性大肠杆菌菌液为模板，
按照 PCR-1 的程序，进行 PCR 扩增，将扩增得到的 cDNA、DNA 序列克隆进行测序，然后拼接得
到全长 cDNA 序列。引物的合成和测定均由生工生物工程（上海）股份有限公司完成。
1.3 CmIMP 生物信息学分析
用 DNAMAN 软件对 cDNA 全长序列进行拼接及分析，利用 Clustal X 软件将 CmIMP 与数据库
中的番茄、拟南芥、鹰嘴豆、黄瓜、甜瓜、可可和大豆的 IMP 基因序列进行同源序列比对，用 MEGA
6.0 中的临位相联法（neighbor-joining，NJ）构建进化树，重复次数设为 1 000 次。
1.4 CmIMP 表达特性分析
1.4.1 组织表达分析
待‘香蜜小南瓜’成熟（40 d），取完整的根、侧枝嫩茎、茎尖嫩叶、茎尖嫩须、成熟花药、当
日开花瓣、2 d 幼果、熟果及成熟果实的种子、果肉和果皮作为样品。提取每个样品总 RNA 后取 1 μg
用 PrimeScriptTM RT reagent Kit with gDNA Eraser（Perfect Real Time）（TaKaRa，大连，中国）试剂
Wang An-jun，Li Yu-dan，Huang He-xun，Luo Shao-bo，Wu Ting-quan，Li Ren-qiang，Zhong Yu-juan.
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盒进行反转录合成 cDNA，然后进行荧光定量 PCR 反应，从而分析组织表达情况。选择稳定表达的
Actin 基因作为内参基因进行扩增，使用 Primer 5.0 设计荧光定量 PCR 引物：Actin-F、Actin-R；
CmIMP1-RT-F、CmIMP1-RT-R；CmIMP2-RT-F、CmIMP1- RT-R（表 1）。荧光定量 PCR 反应程序按
宝生物工程有限公司的 SYBR® Premix Ex TaqTM（Tli RNaseH Plus）（TaKaRa，大连，中国）试剂
盒说明书进行，依次加入下列试剂：SYBR® Premix Ex TaqTM（Tli RNaseH Plus）（2×）10 µL，正向
引物 0.75 µL，反向引物 0.75 µL，cDNA 稀释液（稀释 3 倍）1.5 µL，DEPC 水 7 µL。在 CFX96TM
Real-Time PCR Detection System（Bio-Rad）扩增仪上，以南瓜的 cDNA 为模板，按照下列 Real-Time
PCR 扩增反应条件进行扩增：95 ℃预变性 30 s；95 ℃变性 5 s，X ℃退火 20 s，72 ℃延伸 30 s，40
个循环（X ℃表示最佳退火温度：Actin 的为 58 ℃，CmIMP1 的为 54 ℃，CmIMP2 的为 56 ℃）。采
用 2-ΔΔct 方法计算基因表达相对量，每个基因的表达反应重复 3 次，并用 Excel 2007 分析处理数据。
1.4.2 胁迫处理表达分析
挑选大小一致且健康的两叶一心时期幼苗作为胁迫处理的试验材料，按照 Cui 等（2013）的方
法进行胁迫处理试验，每个处理重复 3 次。试验分为 5 组。
第 1 组为 0（对照）、100、150、200、250、300 和 350 mmol · L-1 NaCl 浓度的 1/2 Hoagland 营
养液处理 24 h 后，取根、茎、2 片真叶，以浸泡在 1/2 Hoagland 营养液（即无 NaCl）作为对照组。
第 2 组为 150 mmol · L-1 NaCl 的 1/2 Hoagland 营养液处理下 0、6、12、24、48 和 72 h，取 2 片
真叶，以浸泡在 1/2 Hoagland 营养液中 0、6、12、24、48 和 72 h 的幼苗作为对照组。
第 3 组为 100 μmol · L-1 ABA 的 1/2 Hoagland 营养液处理下 0、6、12、24、48 和 72 h，取 2 片
真叶，以浸泡在 1/2 Hoagland 营养液中 0、6、12、24、48 和 72 h 的幼苗作为对照组。
第 4 组为 10% PEG 6000 的 1/2 Hoagland 营养液模拟干旱处理下，0、6、12、24、48 和 72 h，
取 2 片真叶，以浸泡在 1/2 Hoagland 营养液中 0、6、12、24、48 和 72 h 的幼苗作为对照组。
第 5 组为常温 25 ℃处理 0 h，低温 5 ℃处理 6 h 和 12 h，高温 42 ℃处理 6 h 和 12 h，取 2 片
真叶，以常温 25 ℃处理 0、6 和 12 h 的幼苗作为对照组。
所采样品立即用液氮速冻，放在–70 ℃超低温冰箱中保存。荧光定量 Real-Time PCR 表达分析。
分析方法同 1.4.1 所示。用 GraphPad Prism 5 软件将不同胁迫处理下的试验组与对照组数据进行两两
T-test 检验和显著性分析。

表 1 基因克隆和表达分析的引物
Table 1 Primers used for gene cloning and expression analysis
引物编号 Primer No. 引物序列（5′–3′）Primer sequences 引物编号 Primer No. 引物序列（5′–3′）Primer sequences
CmIMP1-F TCCCTCCTTCCCTATTCCAGTAACC Actin-F CGGCCATTGAGAAAAGCTACGAACT
CmIMP1-R CAACTCTGCACGGATTCGACTTATA Actin-R CCCACCACTGAGGACGATGTTACCA
CmIMP2-F CCATTCCACGAGCGAGCTTTCTT CmIMP1-RT-F GGGTTTCCCTTTGTTTGT
CmIMP2-R CGATGCAAGGTGCGTCGTATAGTTT CmIMP1-RT-R TCATCTTGGGAGGATACTTTA
CmMP1-F-2 TCCCTCCTTCCCTATTCCAGTAACC CmIMP2- RT-F ATGCTACCACAGACCGAATT
CmIMP1-R-2 CCACTCTGCACGGATTCGACTTATA CmIMP2-RT-R TCCCAAGGACCTCCAAAA
2 结果与分析
2.1 CmIMP 基因 cDNA 和 DNA 的克隆
采用试剂盒的方法提取南瓜不同组织总 RNA，260 nm/280 nm 比值都在 1.8 ~ 2.0 之间，用 1%
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琼脂糖凝胶电泳检测其质量，18S 与 28S 两条核糖体清晰，质量较好，可以用于后续试验。按照
Wu 等（2014）公开的转录组数据，利用 NCBI 网站的 ORF finder 功能分析南瓜 unigene，并对相同
IMP 基因的 unigene 进行拼接，设计引物。以南瓜 cDNA 为模板，分别用引物 CmIMP1- F-2/
CmIMP1-R-2、CmIMP2-F/CmIMP2-R，进行 PCR 扩增，获得长度均为 1 000 bp 左右的片段；在获得
cDNA 序列之后设计引物 CmIMP1-F/CmIMP1-R，以南瓜 DNA 为模板扩增 CmIMP1 的基因组序列，
得到 2 400 bp 左右的片段（图 1）。


图 1 南瓜 CmIMP 基因 cDNA、DNA 片段的 PCR 扩增
Fig. 1 PCR amplifications of CmIMP gene from cDNA and DNA

2.2 CmIMP 基因全长 cDNA 序列分析
通过 DNAStar 软件分析得到 1 个 cDNA 的全长为 1 053 bp，具有 1 个完整的开放阅读框（ORF）
共 810 bp，编码 269 个氨基酸，该基因序列命名为 CmIMP1，已经提交到 GenBank 数据库，登录号
为 KP735607；另 1 个 cDNA 全长 945 bp，包含 1 个 807 bp 的 ORF，共编码 268 个氨基酸，该基因
序列命名为 CmIMP2，已经提交到 GenBank 数据库，登录号为 KP735608。分析获得的基因组序列
得到，CmIMP1 含 11 个外显子和 10 个内含子（图 2）。

图 2 CmIMP1（2 413 bp）基因全长示意图
Fig. 2 Sketch maps of the whole sequence of CmIMP1（2 413 bp）

使用 ClustalW 软件将南瓜 CmIMP1、CmIMP2 的氨基酸序列与来自其他植物的 IMP 的氨基酸序
列进行多重比对（图 3），发现该两个南瓜 IMP 氨基酸序列含有磷酸酶家族锂敏感的 3 个特殊结构：
基序‘A’-DPIDGT，基序‘B’-WDXAAG 和基序‘C’-GEES（Neuwald et al.，1992；Atack et al.，
1995）。因此，两个南瓜 IMP均具有该酶的共同结构特点。序列比对分析发现南瓜CmIMP1与CmIMP2
同源性达 75.8%，南瓜 CmIMP1 与 3 个番茄 IMP 同源性为 68.3% ~ 73.6%；与已登录基因组序列的
甜瓜的两个 IMP 和黄瓜的两个 IMP 同源性分别高达 75.1%、85.1%、85.5%和 74.0%；与玉米的两个
IMP 的同源性分别为 65.7%和 65.3%；与大豆、大麦、麻疯树、芝麻和拟南芥的同源性在 63.8% ~ 72.6%
之间。而南瓜 CmIMP2 与 CmIMP1 相比与其他植物具有更高的同源性，与 3 个番茄 IMP 同源性分
别达 73.1% ~ 80.2%；与甜瓜的两个 IMP 和黄瓜的两个 IMP 同源性分别高达 94.0%、74.2%、74.0%
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和 93.0%；与玉米的两个 IMP 的同源性分别为 74.17%和 73.8%；与大豆、大麦、麻疯树、芝麻和拟
南芥的同源性在 73.3% ~ 83.7%之间。证明克隆获得的两个基因属于 IMP 基因。


图 3 南瓜 CmIMP1、CmIMP2 氨基酸序列与其他物种 IMP 氨基酸序列的比对
磷酸酶家族锂敏感的 3 个特殊结构（基序‘A’-DPIDGT，基序‘B’-WDXAAG，基序‘C’-GEES）。
LeIMP：番茄；AtIMP：拟南芥；CaIMP：鹰嘴豆；CsIMP：黄瓜；CmIMP：甜瓜；TcIMP：可可树；GmIMP：大豆。
Fig. 3 Alignment of the deduced amino acid sequences of CmIMP1，CmIMP2 and other plants IMP
Lithium-sensitive of Phosphatase family have three special constructions，horizontal line mark them
（Motif‘A’-DPIDGT，Motif‘B’-WDXAAG，Motif‘C’-GEES）.
LeIMP：Solanum lycopericon；AtIMP：Arabidopsis thaliana；CaIMP：Cicer arietinum；CsIMP：Cucumis sativus；
CmIMP：Cucumis melo；TcIMP：Theobroma cacao；GmIMP：Glycine max.

为了进一步分析两个南瓜 IMP 酶蛋白的进化关系，利用 MEGA 6.0 中的临位相联法
（neighbor-joining，NJ）构建进化树。本研究中克隆得到的两个 IMP 蛋白及下载得到的同源蛋白共
18 个，经聚类分析后分成 2 个主要亚家族。其中多数植物的 IMP 蛋白属于聚类Ⅰ，包括拟南芥、
大豆、鹰嘴豆、麻疯树、芝麻和可可树的各 1 个 IMP，番茄、南瓜、甜瓜和黄瓜的各 2 个 IMP，共
14 个蛋白。而聚类Ⅱ仅包含来自玉米的 2 个 IMP，大麦的 1 个 IMP，番茄的 1 个 IMP。而 CmIMP1
与 1 个黄瓜 CsIMP 聚为紧密的 1 支；南瓜 CmIMP2 与另 1 个黄瓜 CsIMP 及甜瓜 CmIMP 聚为 1 支，
表示两者的进化关系最近（图 4）。
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南瓜肌醇单磷酸酶基因 CmIMP1 和 CmIMP2 的克隆与表达分析.
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图 4 NJ 法构建的南瓜 CmIMP1、CmIMP2 与其他物种 IMP 蛋白的系统进化树
每个节点上的数字代表自展值。
Fig. 4 Neighbor-joining phylogenetic tree of the complete sequence of pumpkin CmIMP1，CmIMP2 and other IMP proteins
The Bootstrap value showed with the number on each node.

2.3 ‘香蜜小南瓜’CmIMP 基因表达分析
2.3.1 不同组织和果实不同发育时期的 CmIMP表达
如图 5 所示，CmIMP1 在不同组织中的表达强弱依次为叶、须、幼果、根，叶中表达量比表达
最低的熟果高出 8.4 倍。CmIMP2 的表达强弱依次为叶、须、幼果、花粉，叶中表达量比表达最低
的熟果肉高出 27.57 倍。因此，两个 IMP 基因在各个组织和果实不同发育时期的表达模式接近，均
在叶中表达最高，这为确定 CmIMP 酶功能部位奠定了基础。

图 5 南瓜不同组织及果实不同发育时期 CmIMP 酶基因的表达
Fig. 5 Expression of CmIMPs in different organ and developmental stages of fruits

2.3.2 不同胁迫处理下 CmIMP的表达模式
为了进一步研究南瓜CmIMP对非生物胁迫的响应能力，以Actin为内参基因，利用Real-time PCR
Wang An-jun，Li Yu-dan，Huang He-xun，Luo Shao-bo，Wu Ting-quan，Li Ren-qiang，Zhong Yu-juan.
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对 CmIMP 在胁迫下的表达差异进行验证。结果（图 6）表明，在不同浓度的 NaCl 胁迫处理的叶片
中，CmIMP1除在300 mmol · L-1 NaCl胁迫下以外，其他NaCl浓度胁迫下表达水平显著增强，CmIMP2
表达量与对照组无显著差异；茎中，CmIMP1 下调表达，在 300 mmol · L-1 NaCl 胁迫下调表达显著，
CmIMP2 在 200、300 和 350 mmol · L-1 NaCl 胁迫下调表达显著；根中，CmIMP1 NaCl 胁迫诱导，
350 mmol · L-1 NaCl 胁迫时达到对照的 2.41 倍，CmIMP2 与对照组无显著差异。上述结果表明：在
根和叶中，CmIMP1 受盐胁迫诱导上调表达，而 CmIMP2 受盐胁迫诱导不明显；在茎中，盐胁迫下
CmIMP1、CmIMP2 均呈下调表达趋势。

图 6 根、茎、叶中 CmIMP 基因对盐胁迫的响应
Fig. 6 Response of CmIMP genes under salt stress condition in root，stem and leaf
t-test，* P < 0.05；** P < 0.01；*** P < 0.001.

150 mmol · L-1 NaCl，100 µmol · L-1 ABA 以及 10% PEG（模拟干旱处理）胁迫诱导表达分析
（图 7）表明，在 150 mmol · L-1 NaCl 胁迫下，叶片中 CmIMP1 基因在 6、48 和 72 h 上调表达显著，
其中在 48 h 时为对照组的 2.79 倍，CmIMP2 基因在 6 ~ 72 h 时上调表达显著，其中在 12 h 为对照组
的 3.20 倍。在 100 µmol · L-1 ABA 胁迫下，CmIMP1 基因在 3 h 和 6 h 时表达显著上调，表达量分别
是对照的 1.57 和 1.61 倍，在 12、42 和 72 h 与对照组比均无显著差异，CmIMP2 在胁迫 24 h 时下调
表达，其他时间的胁迫响应不明显，这说明 CmIMP1 可被 ABA 胁迫诱导，CmIMP2 对 ABA 胁迫响
应不明显。在 10% PEG 干旱胁迫下，CmIMP1 基因在 3、6、12 和 24 h 时被诱导上调表达，CmIMP2
在 3、6、12、24 和 72 h 时上调表达，12 h 时 CmIMP1 和 CmIMP2 表达量分别是对照组的 4.32 倍和
10.10 倍。上述结果表明，盐胁迫、干旱可诱导 CmIMP1 和 CmIMP2 上调表达，其中干旱胁迫强烈
诱导 CmIMP2 的表达；ABA 可诱导 CmIMP1 但对 CmIMP2 的诱导较微弱。
图 8 显示，在 5 ℃低温胁迫 6 h，CmIMP1 和 CmIMP2 表达量降低，其他处理诱导表达不显著。
上述结果表明，在低温或高温环境处理下，CmIMP1 和 CmIMP2 抗逆作用不明显。


王安君，李玉丹，黄河勋，罗少波，吴廷全，李任强，钟玉娟.
南瓜肌醇单磷酸酶基因 CmIMP1 和 CmIMP2 的克隆与表达分析.
园艺学报，2016，43 (7)：1315–1325. 1323


图 7 CmIMP 基因对不同处理条件的响应
Fig. 7 CmIMP genes under different processing conditions
t-test，* P < 0.05；** P < 0.01；*** P < 0.001.


图 8 CmIMP 基因在不同温度处理下的表达模式
Fig. 8 Expression of CmIMP genes under different temperature conditions
t-test，* P < 0.05.
3 讨论
本研究中克隆了中国南瓜品种‘香蜜小南瓜’CmIMP1 和 CmIMP2 两个基因，CmIMP1 的 cDNA
共编码 269 个氨基酸，而 CmIMP2 的 cDNA 共编码 268 个氨基酸，仅相差 1 个氨基酸。经分析发现，
Wang An-jun，Li Yu-dan，Huang He-xun，Luo Shao-bo，Wu Ting-quan，Li Ren-qiang，Zhong Yu-juan.
Cloning and characterization of two genes encoding myo-inositol monophosphatase 1（CmIMP1）and 2（CmIMP2）from pumpkin.
1324 Acta Horticulturae Sinica，2016，43 (7)：1315–1325.
CmIMP1基因组序列含有 11个外显子和 10个内含子。前人研究报道番茄 LeIMP1和 LeIMP2（Gillaspy
et al.，1995）、拟南芥 AtIMP（Torabinejad et al.，2009）、黄瓜 CsIMP（XP-004139536；XP-004134794）
分别由273、265、271和269个氨基酸编码，可可TcIMP（XP-007026279）、大豆GmIMP（NP-001242302）
和鹰嘴豆 CaIMP（Saxena et al.，2013）均由 270 个氨基酸编码，甜瓜 CmIMP（XP-008440075）和
番茄 LeIMP3（Gillaspy et al.，1995）由 268 个氨基酸编码，这些植物 IMP 基因编码的氨基酸个数在
265 ~ 273之间。南瓜CmIMP基因的氨基酸数在此范围之内，且CmIMP1与CmIMP2同源性达 75.8%。
CmIMP 基因和其他基因具有高度同源性，进化分析表明南瓜 IMP 的进化关系与葫芦科的最接近。
黄瓜、甜瓜为葫芦科中已公布基因组的作物，且基因组注释中仅发现两个 IMP 基因，表明该基因家
族在葫芦科作物中可能由 2 个基因组成的小基因家族编码调控。
IMP 基因在不同组织和器官中表达存在差异，且不同 IMP 基因的时空表达也具有差异。拟南芥
AtIMPL1 在各个组织中均有表达，AtIMPL2 主要是根部（Sato et al.，2011）；番茄 LeIMP1、LeIMP2
和 LeIMP3 分别在幼苗、茎尖和幼苗茎叶的连接处表达最高，且 LeIMP2 在整个发育阶段各组织表
达量均低于 LeIMP1 和 LeIMP3（Gillaspy et al.，1995；Styer et al.，2004）；大麦 IMP1 表达量从高到
低依次为叶片、根、种子（Fu et al.，2008），鹰嘴豆 CaIMP 在叶、茎、花中的表达量远大于根的（Saxena
et al.，2013）。对南瓜 CmIMP 家族的 2 个基因组织特异表达分析结果表明，CmIMP 基因有组织表
达特异性，其中两个 CmIMP 酶基因在各个组织均有表达，叶片中表达最高，幼果表达比熟果高。
叶片CmIMP1比表达最低的熟果高出8.4倍，叶片CmIMP2比表达最低的熟果瓤高出27.57倍，CmIMP
在此部位的高表达说明其参与了叶组织的相关功能。除此之外，在南瓜不同组织中 CmIMP2 酶基因
的表达比 CmIMP1 酶基因高。综上，南瓜 CmIMP 基因表达具有组织特异性，与前人关于植物 IMP
基因具有表达特异性的研究一致，该表达模式保证了 CmIMP 功能基因的高效性和多样性。
近年来，关于植物的 IMP 酶参与逆境胁迫应答方面有较多研究证据，且相关基因功能验证表明
其参与胁迫应答。盐处理、冷处理、高温处理均可诱导鹰嘴豆 CaIMP 基因的上调表达，CaIMP 基
因在非生物胁迫下参与肌醇磷酸盐、抗坏血酸盐、糖代谢，提高种子萌发率，促进幼苗根系生长发
育，提高其抗逆性。而 CaIMP 基因缺失的突变体对胁迫较敏感（Saxena et al.，2013）。在项圈藻中
IMPA1 基因参与细胞膜渗透压调节，IMPA1 基因过度表达可以增强项圈藻渗透压的耐受性从而提高
自身的抗旱抗盐性（Wang et al.，2012）。本研究中对‘香蜜小南瓜’进行非生物胁迫处理表明：叶
片中的 CmIMP 基因在盐胁迫和干旱胁迫诱导下上调表达，ABA 胁迫对其表达量影响不大；茎中，
CmIMP 基因受盐胁迫诱导下调表达；根中，CmIMP 基因受盐胁迫诱导上调表达，但盐胁迫诱导不
显著。在低温和高温环境处理下，CmIMP1、CmIMP2 抗逆作用不明显。综上，非生物胁迫对在南
瓜茎、根中的 CmIMP 诱导较弱，叶中的 CmIMP 可受盐、干旱逆境胁迫诱导表达，从而促进南瓜肌
醇的合成，提高自身抗逆性，在应对逆境时有着一定的作用。本研究证明了南瓜 IMP 酶有一定胁迫
诱导表达特性，为南瓜抗非生物胁迫研究提供坚实的理论基础。南瓜 IMP 的抗逆功能研究也为将
CmIMP 酶基因转移到经济作物中，提高植株的肌醇和抗逆能力奠定了基础。

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