免费文献传递   相关文献

Gene Cloning and Expression Analysis of Three Aux/IAA Genes in Eggplant

茄子3个Aux/IAA基因的克隆及表达分析



全 文 :园艺学报,2015,42 (10):2049–2058.
Acta Horticulturae Sinica
doi:10.16420/j.issn.0513-353x.2015-0338;http://www. ahs. ac. cn 2049
茄子 3 个Aux/IAA基因的克隆及表达分析
张立慧 1,*,田时炳 2,*,王志敏 1,**,安礼渝 1,汤青林 1,王永清 2,杨 洋 2,
宋 明 1,**
(1 西南大学园艺园林学院,南方山地园艺学教育部重点实验室,重庆市蔬菜学重点实验室,重庆 400715;2 重庆市
农业科学院蔬菜花卉研究所,重庆 400055)
摘 要:以茄子单性结实品系‘D-7-1’为材料,克隆到 3 个新的 Aux/IAA 基因,分别命名为 SmIAA3、
SmIAA4 和 SmIAA9,其 CDS 长度分别为 573、564 和 915 bp,分别编码 190、187 和 304 个氨基酸;系统
进化树分析表明,3 个蛋白均属于 Aux/IAA 家族蛋白,与番茄亲缘关系较近,且均具有 Aux/IAA 家族蛋
白的 DomainⅠ、Ⅱ、Ⅲ 和 Ⅳ 保守结构域;其分子量分别为 21.50、20.95 和 32.67 kD,理论等电点分别
为 7.62、6.02 和 8.57。实时定量 PCR 分析表明:SmIAA9 基因在单性结实和非单性结实品系茄子中的表达
量差异明显,开花前单性结实品系的表达量显著高于非单性结实品系,推测其与茄子单性结实相关。
关键词:茄子;单性结实;Aux/IAA;克隆;生物信息学;表达分析
中图分类号:S 641.1 文献标志码:A 文章编号:0513-353X(2015)10-2049-10

Gene Cloning and Expression Analysis of Three Aux/IAA Genes in
Eggplant
ZHANG Li-hui1,*,TIAN Shi-bing2,*,WANG Zhi-min1,**,AN Li-yu1,TANG Qing-lin1,WANG
Yong-qing2,YANG Yang2,and SONG Ming1,**
(1College of Horticulture and Landscape Architecture,Southwest University,Key Laboratory of Horticulture Science for
Southern Mountainous Regions,Ministry of Education,Chongqing Key Laboratory of Olericulture,Chongqing 400715,
China;2The Institute of Vegetables and Flowers,Chongqing Academy of Agricultural Sciences,Chongqing 400055,China)
Abstract:Three Aux/IAA genes SmIAA3,SmIAA4 and SmIAA9 in eggplant were cloned from
parthenocarpic eggplant‘D-7-1’. The full CDS length of SmIAA3,SmIAA4 and SmIAA9 was 573,564 and
915 bp,which encoded three polypeptides of 190,187 and 304 amino acids. The phylogenetic analysis
showed that the three proteins belonged to Aux/IAA family proteins and they had the highest similarity
with Aux/IAA proteins of tomato. And the three novel proteins contained conserved domainⅠ,Ⅱ,Ⅲ and
Ⅳ of Aux/IAA family proteins. The molecular weight of the three proteins were 21.50,20.95 and 32.67
kD with isoelectric point 7.62,6.02 and 8.57 respectively. The RT-PCR analysis showed that the
expression of SmIAA9 gene was different between parthenocarpic and nonparthenocarpic eggplant.
Evidently the parthenocarpic was higher than the nonparthenocarpic before flowering,which indicated that

收稿日期:2015–06–30;修回日期:2015–10–09
基金项目:国家自然科学基金项目(31501756);国家现代农业产业技术体系建设专项资金项目(CARS-25-A-06);中央高校基本科研
业务费专项(XDJK2014C092)
* 共同第一作者
** 通信作者 Author for correspondence(E-mail:minzniwang_555@163.com;swausongm@163.com)
Zhang Li-hui,Tian Shi-bing,Wang Zhi-min,An Li-yu ,Tang Qing-lin,Wang Yong-qing,Yang Yang,Song Ming.
Gene cloning and expression analysis of three Aux/IAA genes in eggplant.
2050 Acta Horticulturae Sinica,2015,42 (10):2049–2058.
SmIAA9 would be a gene related with parthenocarpy.
Key words:eggplant;parthenocarpy;Aux/IAA;cloning;bioinformaticanalysis;expression analysis

生长素信号转导主要受 Aux/IAA、SAUR 和 GH3 等 3 类基因家族的调控(Ramos et al.,2001),
其中 Aux/IAA 基因家族是生长素信号转导通路的重要调节因子。Aux/IAA 基因家族很大,具有Ⅰ、
Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ,4 个保守结构域(Reed,2001),分别称为 DomainⅠ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ。DomainsⅠ是一个
转录阻遏子(Tiwari et al.,2004),具有一个基序 LXLXLX;DomainsⅡ是与 T1R1 结合的区域(Gray
et al.,2001),核心序列为 GWPPV(Kepinski & Leyser,2002);Domains Ⅲ和Ⅳ与生长素响应基因
转录因子 ARF 的Ⅲ、Ⅳ结构域的同源性很高,可相互作用(Hagen & Guilfoyle,2002;Tiwari et al.,
2004),它的二级结构可折叠成一个转角–螺旋–螺旋(β-α-α)(Morgan et al.,1999)。Aux/IAA 属
于半衰期很短的核蛋白,Aux/IAA 蛋白在生长素信号转导途径中起到非常重要的作用,它将与 ARF
转录因子家族作用形成杂合二聚体,来抑制生长素信号转导与活化作用,Aux/IAA 在生长素的作用
下被降解,进而开启生长素信号途径,开始果实发育(张伟伟 等,2014)。
近年来对 Aux/IAA 基因家族的研究成为热点,如生长素对植物组织发育的影响(叶梅荣 等,
2006)、生长素信号传导通路及其相关基因的克隆与鉴定(张丽丽,2010),Aux/IAA 蛋白家族及生
长素响应因子家族基因的克隆与表达分析等方面(郭勤卫 等,2013;史梦雅 等,2014)。在番茄中
SlIAA3 下调会引起包括顶端优势在内的生长素及乙烯相关表型的改变,减弱对生长素的敏感性,在
黑暗中出现夸张的顶端弯曲,在光下叶柄偏上发育(Chaabouni et al.,2009a),以上信息确定了 SlIAA3
在生长素和乙烯信号中都起作用(Chaabouni et al.,2009b)。张俊红(2006)研究发现在番茄中超
量表达 SlIAA3 基因的转基因植株后代根的向地性发生了改变,说明 SlIAA3 基因影响番茄主根的形
态建成。而有关 IAA4 基因功能的研究较少,在烟草中发现 Nt-IAA4.3 可以归为生长素初级响应基因
(Ausra et al.,1998),SlIAA4 位于第 6 条染色体上,具有保守的 NLS 核定位信号,因此被用作细
胞核定位的参考蛋白(Corinne et al.,2012)。IAA9 从番茄果实的 cDNA 文库中分离,推测其极可能
是 Aux/IAA 蛋白家族的一员(Jones et al.,2002);之后发现番茄中 SlIAA9 抑制系表现出一些特殊
的表型,如叶子不开裂及形成单性结实果实,这表明 SlIAA9 在坐果及叶形态发育中也起关键调节作
用(Wang et al.,2005,2009)。
茄子单性结实材料在培育适宜保护地栽培品种、提高茄子对环境的适应性及果实耐老化等方面
均有较高的应用价值(田时炳 等,2003;张映 等,2011)。目前对茄子单性结实相关基因的研究相
对较少,关于茄子中生长素相关基因的研究也较少。本研究中利用基因同源性克隆茄子 Aux/IAA 基
因 SmIAA3、SmIAA4、SmIAA9 的 CDS(Coding sequence),并进一步研究 SmIAA9 基因在不同结实
性茄子中的表达情况,以期为茄子生长素转导路径的研究以及利用基因工程技术加速茄子种质资源
的创新提供依据。
1 材料与方法
1.1 材料
茄子单性结实‘D-7-1’品系与非单性结实‘142’品系由重庆市农业科学院蔬菜花卉研究所提
供。两个品系在大棚中隔离种植,2013 年 11 月播种,2014 年 3 月定植,田间管理与常规栽培方法
相同。用于克隆 IAA3、IAA4 和 IAA9 的材料是用 50 mmol · L-1 生长素处理 2 h 的‘D-7-1’整株幼苗
张立慧,田时炳,王志敏,安礼渝,汤青林,王永清,杨 洋,宋 明.
茄子 3 个 Aux/IAA 基因的克隆及表达分析.
园艺学报,2015,42 (10):2049–2058. 2051
(张俊红,2006),用于 Real-time PCR 分析的材料是 2014 年 9 月获取的‘D-7-1’及‘142’各时期
材料。
1.2 总RNA的提取及反转录
采用 TIANGEN 公司的 RNAprep Pure 植物总 RNA 提取试剂盒,提取‘D-7-1’全植株及‘D-7-1’、
‘142’花前 4 d、2 d、1 d、开花当天、花后 1 d、2 d、3 d 的整个花朵及花后 7 d、10 d 果实的 RNA。
按照 TaKaRa 公司 PrimeScript RT reagent Kit with gDNA Eraser 试剂盒进行反转录。
1.3 PCR引物设计及反应体系和扩增程序
采用同源克隆法,用软件 Primer Premier 5.0 设计引物,IAA3 和 IAA4 直接参考番茄序列设计,
IAA9 参考番茄及烟草序列设计简并引物(表 1)进行 PCR 扩增。
优化的 PCR 反应体系总体积为 25 μL,各成分如下:5× EVO(10 mmol · L-1 MgCl2)Buffer 5.0 μL,
dNTP Mix(各 10 mmol · L-1)0.5 μL,10 μmol · L-1 Forward Primer 1 μL,10 μmol · L-1 Reverse Primer
1 μL,Phanta EVO Super-Fidelity DNA Polymerase 0.5 μL,cDNA 模板 1 μL,dd H2O 补足到 25 μL。
PCR 反应程序为:95 ℃预变性 3 min;95 ℃变性 15 s,退火温度见表 1,退火时间 15 s,延伸
温度 72 ℃,每 kb 延伸时间为 30 s,彻底延伸 72 ℃ 7 min。
对 cDNA 的 PCR 产物进行琼脂糖凝胶电泳,回收目的片段,再将其与 Blunt-simple 载体连接,
连接产物转化到大肠杆菌 T1 感受态细胞中,经过 Amp 抗性筛选和菌落 PCR 检测,取阳性菌落挑菌
摇菌,提取质粒送华大基因科技股份有限公司进行测序。

表 1 引物序列、退火温度和扩增产物
Table 1 Primers sequences,annealing temperature and product
基因
Gene
引物
Primer(5′→3′)
退火温度/℃
Annealing temperature
产物大小/bp
Product size
SmIAA3 F ATGAGAATTTACGAGAAGG 56 573
SmIAA3 R TTATAGACATGCTAGACCTTT
SmIAA4 F ATGGAGTGTGTTTTGGCTCATGAGA 62 564
SmIAA4 R TCAAACTCCACATCCTAATCCTCTTGC
SmIAA9 F TAATGTAACTCTACTGGCTTCTTCA 60 1 017
SmIAA9 R GATGGATAGCTTTAATCATGWGTAG
GAPHD-up CCGCTCCTAGCAAAGATGCC 60 155
GAPHD-low ACCCTCCACAATGCCAAACC
qIAA-up GCTGTGAATGAGGCTTCAAA 52 115
qIAA-low TCGAGGCAGAAGCTAATGTG

1.4 Real-time PCR分析
先分别对内参基因 GAPHD 和 18S 进行温度梯度筛选,发现 GAPDH 的溶解曲线更平滑,选择
GAPDH 为内参基因,引物为 GAPHD-up 和 GAPHD-low(表 1)。根据 IAA9 基因的 CDS 设计实时
荧光定量引物 qIAA-up 和 qIAA-low(表 1),将 PCR 扩增产物进行琼脂糖凝胶电泳测定定量引物的
特异性。
采用 Livak Method(2-ΔΔCt)在 C 1000 Thermal Cycler(Bio-Rad)上进行实时荧光定量 PCR,PCR
反应设置 3 次重复。先进行退火温度的筛选,将‘D-7-1’品系花后 7 d 果实的 cDNA 稀释 5 倍作为
反应模板,反应体系为:模板 1 μL,上、下游引物各 1 μL,SsoAdvancedTM SYBR® Green Supermix 10

Zhang Li-hui,Tian Shi-bing,Wang Zhi-min,An Li-yu ,Tang Qing-lin,Wang Yong-qing,Yang Yang,Song Ming.
Gene cloning and expression analysis of three Aux/IAA genes in eggplant.
2052 Acta Horticulturae Sinica,2015,42 (10):2049–2058.
μL,去离子灭菌水 7 μL。PCR 反应程序为:95 ℃预变性 30 s;95 ℃ 5 s,51 ~ 61 ℃ 30 s,35 个
循环后作熔解曲线。找到合适的退火温度,GAPDH 的退火温度选择 60 ℃,qIAA 的退火温度选择
52 ℃。
将合适温度对应的 PCR 产物加 loading buffer 进行琼脂糖凝胶电泳,并进行胶回收。
将胶回收产物稀释 1 000 倍后,再将稀释后的胶回收产物进行 10 倍的梯度稀释作为模板,再分
别在其对应的退火温度下 PCR 扩增内参基因 GAPDH 和基因 SmIAA9,从而可获得内参基因 GAPDH
和基因 SmIAA9 的扩增效率和标准曲线。
根据‘142’、‘D-7-1’各时期内参基因 GAPDH 和基因 SmIAA9 的 CT 值,结合标准曲线得到不
同结实性茄子果实中不同时期基因 SmIAA9 的相对表达量。
数据分析采用 Excel 2007 软件。
2 结果与分析
2.1 序列比对分析
PCR 扩增得到 SmIAA3、SmIAA4 和 SmIAA9 的 CDS,CDS 长度分别为 573、564 和 915 bp,分
别编码 190、187 和 304 个氨基酸。
经过在 NCBI 上比对发现 SmIAA3 的核苷酸序列与番茄 IAA3(SlIAA3)及拟南芥 IAA3(AtIAA3)
的相似度分别是 88%和 75%;SmIAA4 与番茄 IAA4(SlIAA4)及拟南芥 IAA4(AtIAA4)的相似度分
别是 92%和 74%;SmIAA9 与番茄 IAA9(SlIAA9)、烟草 IAA9(NtIAA9)及拟南芥 IAA9(AtIAA9)
的相似度分别是 92%、88%和 77%。
用 DNAman Version 7 软件将 SmIAA(茄子)、SlIAA(番茄)、NtIAA(烟草)和 AtIAA(拟南芥)
等共 11 个基因翻译成蛋白,并对它们进行多序列比对(图 1),序列比对发现这 4 种基因翻译的蛋
白差异较大,但它们都具有 4 个保守的 Aux/IAA 蛋白家族区域。
2.2 系统进化分析
将茄子、番茄、拟南芥的 IAA3、IAA4、IAA9 基因及烟草的 IAA9 基因和茄子的 IAA19 基因编码
的 11 个氨基酸序列放入 MEGA 5 软件中,根据邻接法(Neighbor-joining method)构建系统发育树
(图 2),并用 Bootstrapping(1 000 重复)来评估支持程度。从图 2 可以看出,11 个 Aux/IAA 蛋白
序列主要可分为 IAA9、IAA3、IAA19、IAA4 等 4 个分支,其中克隆得到的 SmIAA 蛋白序列和 SlIAA
蛋白序列分子进化距离最近,其次是烟草序列和拟南芥序列。由此表明,SmIAA 蛋白与 SlIAA 蛋白
有更近的进化关系。
2.3 Aux/IAA蛋白的基序分布
为找到蛋白中的基本蛋白结构,确定蛋白的保守域,采用 MEME 在线工具分析以上 11 个
Aux/IAA 蛋白的基序,将基序长度范围设为 10 ~ 300 个氨基酸,基序最大发现数为 4,其他都为默
认值。图 1 中的 Aux/IAA 蛋白的 4 个保守结构域被 MEME 工具划分为 4 个基序(图 3)。Motif1 有
26 个氨基酸,对应 DomainⅠ;Motif2 有 36 个氨基酸,对应 DomainⅡ;Motif3 有 36 个氨基酸,对
应 Domain Ⅲ;Motif4 有 50 个氨基酸,对应 Domain Ⅳ。

张立慧,田时炳,王志敏,安礼渝,汤青林,王永清,杨 洋,宋 明.
茄子 3 个 Aux/IAA 基因的克隆及表达分析.
园艺学报,2015,42 (10):2049–2058. 2053

图 1 Aux/IAA 蛋白序列的多重比对
At:拟南芥;Nt:烟草;Sl:番茄;Sm:茄子。
Fig. 1 Multiple alignment of Aux/IAA protein
At:Arabidopsis thaliana;Nt:Nicotiana tabacum;Sl:Solanum lycopersicum;Sm:Solanum melongena.

Zhang Li-hui,Tian Shi-bing,Wang Zhi-min,An Li-yu ,Tang Qing-lin,Wang Yong-qing,Yang Yang,Song Ming.
Gene cloning and expression analysis of three Aux/IAA genes in eggplant.
2054 Acta Horticulturae Sinica,2015,42 (10):2049–2058.

图 2 茄子 Aux/IAA 蛋白序列与其他物种同源序列的系统进化分析
At:拟南芥;Nt:烟草;Sl:番茄;Sm:茄子。
Fig. 2 Phylogenetic analysis of Solanum melongena Aux/IAA proteins and its homologous sequences from other species
At:Arabidopsis thaliana;Nt:Nicotiana tabacum;Sl:Solanum lycopersicum;Sm:Solanum melongena.























图 3 11 个 Aux/IAA 蛋白的基序分布
方框圈定的区域为图 1 中标注的保守结构域的序列。
Fig. 3 Motif distribution of 11 Aux/IAA proteins
Positions of conserved domains displayed in Fig.1 are boxed.

2.4 茄子Aux/IAA蛋白理化性质分析
将茄子 IAA3、IAA4 和 IAA9 基因通过 DNAman Version 7 软件进行氨基酸翻译,在 http://web.
expasy. org/ protparam/上进行理化性质分析。
SmIAA3 分子式为 C943H1494N258O298S9,分子量约为 21.50 kD,理论等电点为 7.62,不稳定系数
为 57.35,说明该蛋白不稳定,脂肪系数为 70.79,总平均亲水性为–0.717,说明该蛋白亲水。
SmIAA4 分子式为 C916H1474N252O286S11,分子量约为 20.95 kD,理论等电点为 6.02,不稳定系数
为 53.68,说明该蛋白不稳定,脂肪系数为 75.08,总平均亲水性为–0.590,说明该蛋白亲水。
张立慧,田时炳,王志敏,安礼渝,汤青林,王永清,杨 洋,宋 明.
茄子 3 个 Aux/IAA 基因的克隆及表达分析.
园艺学报,2015,42 (10):2049–2058. 2055
SmIAA9 分子式为 C1409H2266N404O454S17,分子量约为 32.67 kD,理论等电点为 8.57,不稳定系
数为 41.68,说明该蛋白不稳定,脂肪系数为 67.11,总平均亲水性为–0.491,说明该蛋白亲水。
2.5 茄子Aux/IAA蛋白的二级结构预测
通过 SOPMA(https://npsa-prabi. ibcp. fr/ cgi-bin/ npsa_automat. pl? page = npsa_sopma. html)预
测蛋白的二级结构。SmIAA3 的二级结构由 20.00% α–螺旋、22.11%延伸、9.47% β–转角和 48.42%
随意卷曲组成。SmIAA4 的二级结构由 29.95% α–螺旋、19.79%延伸、6.95% β–转角和 43.32%随
意卷曲组成。SmIAA9 的二级结构由 23.36% α–螺旋、21.71%延伸、7.24% β–转角和 47.70%随意
卷曲组成。
2.6 茄子Aux/IAA蛋白的信号肽、跨膜结构分析和糖基化位点预测
通过 http://www. cbs. dtu. dk/ services/ SignalP/预测蛋白的信号肽,通过 http://www. cbs. dtu. dk/
services/ TMHMM/预测跨膜结构,结果表明 SmIAA3、SmIAA4、SmIAA9 都没有信号肽,也都没有跨
膜结构。
通过 http://www. cbs. dtu. dk/ services/ NetPhos/对磷酸化位点进行预测,SmIAA3 有 13 个 Ser、
2 个 Thr 和 4 个 Tyr,SmIAA4 有 13 个 Ser、3 个 Tyr,SmIAA9 有 14 个 Ser、7 个 Thr 和 2 个 Tyr。
运用 NetNGlyc 1.0 Server 软件分析蛋白的糖基化位点,SmIAA3 在第 37、90、143 个氨基酸的
位置有 3 个糖基化位点,SmIAA4、SmIAA9 没有糖基化位点。
2.7 茄子Aux/IAA蛋白的亚细胞定位
通过 http://psort. hgc. jp/ form2. html 进行蛋白质亚细胞定位。结果表明 SmIAA3 定位于细胞核
的可能性最高,为 87.0%,其次分别为线粒体(8.7%)和细胞质(4.3%)。SmIAA4 定位于细胞核的
可能性最大,为 52.2%,其次为细胞质(26.1%)、细胞骨架(8.7%)、过氧化物酶体(4.3%)、细胞
膜(4.3%)和线粒体(4.3%)。SmIAA9 定位于细胞核的可能性最大,为 47.8%,其次是细胞质(30.4%)、
线粒体(13.0%)和细胞骨架(8.7%)。因此推测 3 个蛋白均定位于细胞核中。
2.8 茄子Aux/IAA蛋白核定位信号NLS预测
在 http://nls-mapper. iab. keio. ac. jp/ cgi-bin/ NLS_Mapper_form. cgi 上进行蛋白的 NLS 预测,
结果表明 SmIAA3 在第 40 位可能存在双组分核定位信号,在 41 位可能存在单组分核定位信号。
SmIAA4 不存在单组分核定位信号,在第 9、36 位可能具有双组分核定位信号,SmIAA9 不具有双
组分核定位信号,在第 83 位可能存在单组分核定位信号。
2.9 SmIAA9 在不同结实性茄子中的表达分析
现有研究表明在番茄(Solanum lycopersicum)中 IAA9 基因与单性结实关系密切(Wang et al.,
2005,2009),因此对不同结实性茄子不同时期 SmIAA9 基因进行定量分析。结果(图 4)表明,SmIAA9
在单性结实和非单性结实茄子发育的不同时期均有表达,在开花前相同发育时期,单性结实品系中
的表达量明显高于非单性结实品系,开花后表达量逐渐降低且略低于非单性结实品系。单性结实品
系 SmIAA9 的表达量整体趋势呈逐渐下降,在花前 4 d 最高,花后 10 d 的果实最低;非单性结实品
系的 SmIAA9 的表达量整体趋势呈先降后升,且在开花当天最低,在花后 1 d 最高。


Zhang Li-hui,Tian Shi-bing,Wang Zhi-min,An Li-yu ,Tang Qing-lin,Wang Yong-qing,Yang Yang,Song Ming.
Gene cloning and expression analysis of three Aux/IAA genes in eggplant.
2056 Acta Horticulturae Sinica,2015,42 (10):2049–2058.

图 4 不同时期非单性结实和单性结实茄子品系 SmIAA9 的相对表达量
Fig. 4 Relative expression of SmIAA9 at different times of non-parthenocarpic and parthenocarpic eggplant
3 讨论
Aux/IAA 基因家族因在外源生长素处理后表达量快速增加而得名,并在生长素的转导中起了重
要作用。已克隆的番茄 SlIAA 蛋白序列中都有 Domain Ⅲ和Ⅳ,负责蛋白的二聚化,可与生长素响
应基因转录因子 ARF 相作用,但 SlIAA13、SlIAA16、SlIAA20 中缺少 DomainⅠ、Ⅱ。Aux/IAA 是具
有非常明显的序列特征的基因家族,在本研究中克隆的茄子基因 SmIAA3、SmIAA4 和 SmIAA9 拥有
完整的 CDS 序列,并且蛋白序列拥有高度同源 Aux/IAA 蛋白家族所有的序列特征,即 DomainⅠ、
Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ和非保守域,表明它们属于茄子 Aux/IAA 家族基因中的成员,系统进化树分析表明与番
茄的进化距离最近。
大部分的 SlIAA 能在番茄的根、茎、叶、花、子房中表达,有一些 SlIAA 表现出组织特异性(Wu
et al.,2012),不同的 IAA 基因功能各异。Aux/IAA9 蛋白在植株生长中起着重要的调节作用,葡萄
(Vitis vinifera L.)中的 VvIAA9 基因在叶和果实中大量表达,VvIAA9 的转录本从开花到开始成熟期
间大幅度上调,果实迅速长大。将该基因转到拟南芥(Arabidopsis thaliana)中超表达能够促进植株
生长,快速地开花,超表达的植株对外源生长素的敏感性降低(Keiko et al.,2012);Wang 等(2009)
研究发现在番茄中下调 IAA9 会增强植株对生长素的敏感性,番茄转基因反义系(AS-IAA9)果实发
育早,果实发育与花发育同时进行,转基因反义系出现单性结实性状;研究还发现 Aux/IAA 蛋白功
能的发挥很大程度上依赖于 DomainⅠ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ这 4 个保守结构域。Andrea 等(2015)在番茄
中发现的 iaa9-618 植株是 IAA9 的一个单碱基突变体,提早终止翻译,只编码 210 个氨基酸(野生
型编码 349 个氨基酸),前面 205 个氨基酸与野生种相同,缺少 Domain Ⅲ和Ⅳ,如同其他单性结实
植物一样,花期突变体植株子房的质量就明显高于野生型,突变体植株有很高的单性结实率,与野
生型植株相比能获得更多更大的果实,并且果实的糖含量更高,硬度更大。在坐果期 iaa9-618 突变
体 IAA9 基因在子房中的转录量减少,子房中该基因的 mRNA 水平仅是野生型的 10%(Andrea et al.,
2015)。
本研究中探究了 IAA9 在茄子果实形成过程中的动态变化,结果表明茄子单性结实品系在开花
前及开花当天的整朵花中 IAA9 的表达量明显高于非单性结实品种,单性结实品种开花后及果实发
育过程中表达量开始降低,这与番茄中非单性结实抑制 IAA9 后出现单性结实性状的结论相似,可
能 IAA9 会阻碍生长素信号的转导从而抑制果实的发育,也可能是 IAA9 的下调能增加植株对生长素
张立慧,田时炳,王志敏,安礼渝,汤青林,王永清,杨 洋,宋 明.
茄子 3 个 Aux/IAA 基因的克隆及表达分析.
园艺学报,2015,42 (10):2049–2058. 2057
的敏感性,所以在单性结实品系果实发育中 IAA9 的表达量明显下降。
Aux/IAA 基因所编码的蛋白已被证明在生长素信号转导过程中有重要作用。在茄子中仅有
SmIAA19 基因被分离(张伟伟 等,2014)。本研究中对茄子 Aux/IAA 家族的 SmIAA3、SmIAA4、SmIAA9
基因进行了克隆及表达分析,研究结果将有利于深入研究茄子 Aux/IAA 基因和其编码蛋白功能,对
今后利用基因克隆及基因工程创造茄子新种质具有重要参考价值。
目前茄子 IAA9 抑制系能否表现出单性结实性状还有待进一步验证,IAA9 基因在果实膨大中所
起的具体作用也尚不明确,茄子中生长素转导路径的研究还不透彻,因此下一步还需要克隆更多茄
子 Aux/IAA 家族基因并对关键基因进行转基因功能验证,从而完善生长素的转导路径及作用机理的
研究。

References
Andrea Mazzucato,Francesco Cellini,Mondher Bouzayen,Mohamed Zouine,Isabelle Mila,Silvia Minoia,Angelo Petrozza,Maurizio E Picarella,
Fabrizio Ruiu,Filomena Carriero. 2015. A TILLING allele of the tomato Aux/IAA9 gene offers new insights into fruit set mechanisms and
perspectives for breeding seedless tomatoes. Mol Breeding,35:22.
Ausra Dargeviciute,Camille Roux,Annabelle Decreux,Folke Sitbon,Catherine Perrot Rechenmann. 1998. Molecular cloning and expression of the
early auxin-responsive Aux/IAA gene family in Nicotiana tabacum. Plant Cell Physiol,39 (10):993–1002.
Chaabouni S,Jones B,Delalande C,Wang H,Li Z,Mila I,Frasse P,Latché A,Pech J C,Bouzayen M. 2009a. Sl-IAA3,a tomato Aux/IAA
at the crossroads of auxin and ethylene signalling involved in differential growth. Journal of Exoerimental Botany,60 (4):1349–1362.
Chaabouni S,Latché A,Pech J C,Bouzayen M. 2009b. Tomato Aux/IAA3 and HOOKLESS are important actors of the interplay between auxin and
ethylene during apical hook formation. Plant Signal Behav,4 (6):559–560.
Corinne Audran-Delalande,Carole Bassa,Isabelle Mila,Farid Regad,Mohamed Zouine,Mondher Bouzayen. 2012. Genome-wide identification,
functional analysis and expression profiling of the Aux/IAA gene family in tomato. Plant Cell Physiol,53 (4):659–672.
Gray W M,Kepinski S,Rouse D,Leyser O,Estelle M. 2001. Auxin regulates SCFT1R1-dependent degradation of Aux/IAA proteins. Nature,414:
271–276.
Guo Qin-wei,Li Ji,Cui Li,Zhang Ting-lin,Kere George Mbira,Chen Jin-feng. 2013. Cloning and expression analysis of cucumber CsARF10 genes
subfamily. Acta Horticulturae Sinica,40 (6):1071–1080. (in Chinese)
郭勤卫,李 季,崔 利,张停林,Kere George Mbira,陈劲枫. 2013. 黄瓜生长素响应因子 CsARF10 亚家族 3 个基因的克隆与表达分
析. 园艺学报,40 (6):1071–1080.
Hagen G,Guilfoyle T. 2002. Auxin-responsive gene expression:Genes,promoters and regulatory factors. Plant Mol Biol,49:373–385.
Jones B,Frasse P,Olmos E,Zegzouti H,Li Z G,Latché A,Pech J C,Bouzayen M. 2002. Down-regulation of DR12,an auxin-response-factor
homolog,in the tomato results in a pleiotropic phenotype including dark green and blotchy ripening fruit. Plant J,32:603–613.
Keiko Fujita,Haruka Horiuchi,Haruka Takato,Minako Kohno,Shunji Suzuki. 2012. Auxin-responsive grape Aux/IAA9 regulates transgenic
Arabidopsis plant growth. Molecular Biology Reports,39 (7):7823–7829.
Kepinski S,Leyser O. 2002. Ubiquitination and auxin signaling:A degrading story. Plant Cell,14:81–95.
Morgan K E,Zarembinski T L,Theologis A,Abel S. 1999. Biochemical characterization of recombinant polypeptides corresponding to the predicted
beta-alpha-alpha fold in Aux/IAA proteins. FEBS Lett,454 (3):283–287.
Ramos J A,Zenser N,Leyser O,Callis J. 2001. Rapid degradation of auxin/indoleacetic acid proteins requires conserved amino acids of domainⅡ
and is proteasome dependent. Plant Cell,13:2349–2360.
Reed J W. 2001. Roles and activities of Aux/IAA proteins in Arabidopsis. Trends in Plant Science,6 (9):220–225.
Shi Meng-ya,Zhang Wei,Yu Jia,Wang Wen-ping,Liu Yue-ping. 2014. Cloning and expression analysis of ARF and Aux/IAA gene family members
in peach. Acta Horticulturae Sinica,41 (3):536–544. (in Chinese)
史梦雅,张 巍,余 佳,王文平,刘悦萍. 2014. 桃生长素反应因子和生长素/吲哚乙酸蛋白家族基因的克隆及表达分析. 园艺学报,

Zhang Li-hui,Tian Shi-bing,Wang Zhi-min,An Li-yu ,Tang Qing-lin,Wang Yong-qing,Yang Yang,Song Ming.
Gene cloning and expression analysis of three Aux/IAA genes in eggplant.
2058 Acta Horticulturae Sinica,2015,42 (10):2049–2058.
41 (3):536–544.
Tian Shi-bing,Liu Fu-zhong,Wang Yong-qing,Luo Zhang-yong,Chen Yi-kang,Liu Jun-shao,Lian Yong. 2003. Genetic analysis of parthenocarpy
in eggplant. Acta Horticulturae Sinica,30 (4):413–416. (in Chinese)
田时炳,刘富中,王永清,罗章勇,陈义康,刘君绍,连 勇. 2003. 茄子单性结实性的遗传分析. 园艺学报,30 (4):413–416.
Tiwari S B,Hagen G,Guilfoyle T J. 2004. Aux/IAA proteins contain a potent transcriptional repression domain. Plant Cell,16 (2):533–543.
Wang H,Jones B,Li Z,Frasse P,Delalande C,Regad F,Chaabouni S,Latché A,Pech J C,Bouzayen M. 2005. The tomato Aux/IAA transcription
factor IAA9 is involved in fruit development and leaf morphogenesis. Plant Cell,17:2676–2692.
Wang H,Schauer N,Usadel B,Frasse P,Zouine M,Hernould M,Latché A,Pech J C,Fernie A R,Bouzayen M. 2009. Regulatory features underlying
pollination-dependent and -independent tomato fruit set revealed by transcript and primary metabolite profiling. Plant Cell,21:1428–1452.
Wu Jian,Peng Zhen,Liu Songyu,He Yanjun,Cheng Lin,Kong Fuling,Wang Jie,Lu Gang. 2012. Genome-wide analysis of Aux/IAA gene family
in Solanaceae species using tomato as a model. Mol Genet Genomics,287:295–311.
Ye Mei-rong,Gan Li-jun,Xia Kai. 2006. Auxin derived from inflorescence dominates garlic bolt elongation in Allium sativum. Acta Horticulturae
Sinica,33 (6):1241–1245. (in Chinese)
叶梅荣,甘立军,夏 凯. 2006. 源于大蒜花苞的生长素对蒜薹伸长的促进作用. 园艺学报,33 (6):1241–1245.
Zhang Jun-hong. 2006. Isolation and functional analysis of Aux/IAA genes in tomato[Ph. D. Dissertation]. Wuhan:Huazhong Agricultural University.
(in Chinese)
张俊红. 2006. 番茄 Aux/IAA 基因的克隆与功能分析[博士论文]. 武汉:华中农业大学.
Zhang Li-li. 2010. Cloning and characterization of three genes related with auxin signal transduction in Gossypium hirsutum L.[M. D. Dissertation].
Nanjing:Nanjing Agricultural University. (in Chinese)
张丽丽. 2010. 三个棉花生长素信号转导途径相关基因的克隆与鉴定[硕士论文]. 南京:南京农业大学.
Zhang Wei-wei,Liu Fu-zhong,Zhang Ying,Zhao Zhen,Chen Yu-hui,Lian Yong. 2014. Cloning and characterization of IAA family gene SmIAA19
in eggplant. Acta Horticulturae Sinica,41 (11):2231–2240. (in Chinese)
张伟伟,刘富中,张 映,赵 祯,陈钰辉,连 勇. 2014. 茄子生长素诱导基因 SmIAA19 的克隆和分析. 园艺学报,41 (11):2231–
2240.
Zhang Ying,Chen Yu-hui,Zhang Zhen-xian,Fang Zhi-yuan,Lian Yong,Liu Fu-zhong. 2011. cDNA cloning and characterization of an eggplant
peptide methionine sulfoxide reductase(SmMsrA). Acta Horticulturae Sinica,38 (8):1469–1478. (in Chinese)
张 映,陈钰辉,张振贤,方智远,连 勇,刘富中. 2011. 茄子甲硫氨酸亚砜还原酶(SmMsrA)基因 cDNA 全长的克隆和分析. 园艺
学报,38 (8):1469–1478.