全 文 ：园 艺 学 报 2014，41（3）：498–508 http: // www. ahs. ac. cn
Acta Horticulturae Sinica E-mail: yuanyixuebao@126.com
收稿日期：2013–12–09；修回日期：2014–03–02
基金项目：公益性行业（农业）科研专项（200903002）；国家自然科学基金项目（31171991）
* 通信作者 Author for correspondence（E-mail：ymfang@cau.edu.cn）
异源表达唐菖蒲 GhOPR3 提高了拟南芥的抗逆
性
连青龙 1,2，辛海波 2，李晓昕 2，钟雄辉 2，尹义蕾 1，义鸣放 2,*
（1 农业部规划设计研究院设施农业研究所，农业部农业设施结构工程重点实验室，北京 100125；2中国农业大学观
赏园艺与园林系，北京 100193）
摘 要：通过 RT-PCR 与 RACE 技术从唐菖蒲（Gladiolus hybridus）品种‘Rose Supreme’球茎中克
隆茉莉酸生物合成途径中的关键酶——12–氧–植物二烯酸还原酶（12-oxo-phytodienoic acid reductase，
OPR）基因的 1 489 bp 全长 cDNA 序列，quantitative RT-PCR 结果表明，GhOPR3 在唐菖蒲叶、花、根、
匍匐茎、新球茎和籽球中都表达，其中在籽球和匍匐茎中相对表达量较高；0.1 ~ 0.5 mmol · L-1 的茉莉酸
甲酯（Methyl jasmonate，MJ）处理后，提高了 GhOPR3 在球茎中的表达量和内源 MJ 含量；采用农杆菌
介导侵染拟南芥花粉，进行 GhOPR3 基因的过表达分析，过表达拟南芥株系较野生型提高了耐盐性和抗
旱性；提高了机械损伤后相关基因的表达水平和内源 MJ 含量。
关键词：唐菖蒲；茉莉酸；12–氧–植物二烯酸还原酶；异源表达；抗逆性
中图分类号：S 682.2+4 文献标志码：A 文章编号：0513-353X（2014）03-0498-11

Heterologous Expression of Gladiolus GhOPR3 Enhances the Abiotic Stress
Resistance of Arabidopsis
LIAN Qing-long1,2，XIN Hai-bo2，LI Xiao-xin2，ZHONG Xiong-hui2，YIN Yi-lei1，and YI Ming-fang2,*
（1Institute of Facility Agriculture，Chinese Academy of Agricultural Engineering，Key Laboratory of Farm Building in
Structure and Construction，Ministry of Agriculture，Beijing 100125，China；2Department of Ornamental Horticulture and
Landscape Architecture，China Agricultural University，Beijing 100193，China）
Abstract：OPR is a key enzyme in jasmonic acid biosynthesis pathway，a full-length cDNA named
GhOPR3 was cloned in Gladiolus hybridus‘Rose Supreme’corms by RT-PCR and RACE. The results of
quantitative RT-PCR showed that GhOPR3 gene was expressed in leaf，flower，root，stolon，corm and
cormel，and the relatively high expression level of GhOPR3 was observed in cormel and stolon.
Meanwhile，the expression level and the endogenous MJ content in corms steadily increased under MJ
treatment with a raising concentration gradients from 0.1 mmol · L-1 to 0.5 mmol · L-1. GhOPR3 was
overexpressed in Arabidopsis，which increased the salt tolerance and drought-resistant in Arabidopsis.
After mechanical damage，the expression level of related resistance genes and the content of endogenous
MJ were increased.
Key words：Gladiolus hybridus；JA；OPR；heterologous expression；stress resistance

3 期 连青龙等：异源表达唐菖蒲 GhOPR3 提高了拟南芥的抗逆性 499

唐菖蒲（Gladiolus hybridus）是鸢尾科唐菖蒲属球根花卉，在目前的实际生产中，由于受外界
逆境的伤害导致唐菖蒲种性退化问题突出，严重影响了生产切花的品质。茉莉酸类化合物（jasmonic
acids，JAs）在植物生长过程中的生理发育和防卫系统方面具有重要的作用（Li et al.，2002；蒋科
技 等，2010）。茉莉酸是一种创伤诱导的内源信号分子，当植物受到伤害时体内的 JA 明显增加，
由它通知未受伤部位进入警戒状态以抵御害虫和致病菌的入侵（Liechti & Faemer，2002）。而且创
伤和其它胁迫等能够诱导 JA 反应的因素也能促使 JA 生物合成途径中相关基因的表达，并且这些基
因转录的激活就发生在 JAs 合成的位置。此外，JAs 还调控与植物生长发育以及防卫系统等相关基
因的表达水平，而此类相关基因功能的研究将会进一步揭示植物茉莉酸类化合物的作用。
JAs 是由脂氧合酶途径，经过 LOX、AOS、AOC 以及 OPR 等一系列的酶促反应形成的。12–
氧–植物二烯酸还原酶（12-oxo-phytodienoic acid reductase，OPR）是茉莉酸生物合成途径中的关建
酶，它催化 OPDA 的还原反应（Strassner et al.，2002），最终生成茉莉酸类化合物。可通过调控 OPR3
基因的表达水平来控制 JAs 的生物合成，从而调节植物的许多生理过程。
JAs 通过开启一系列生物合成基因的协调表达从而在转录水平上影响植物次生代谢（vom Endt
et al.，2007）。JAs 调整了与植物发育及植物防御相关基因的表达，这些基因功能的深入分析将详尽
地揭示植物中 JAs 的作用。OPR 与 JA 的生物合成关系密切。在拟南芥中，除 OPR3 外还发现了另
外的 OPR 基因，其中有两个基因（OPR1 和 OPR2）的转录也受到伤诱导（Biesgen & Weiler，1999）。
但这两个基因并不能催化 OPDA 的还原反应（Schaller et al.，2000）。拟南芥的两个等位基因 OPR3
的突变体 dde1（delayed dehiscence 1）和 opr3（oxo-phytodienoic acid reductase 3）均缺失合成 JA 的
功能，在伤诱导下可致使 OPDA 积累。试验表明，opr3 突变体还具有对抗虫害的 JA 防御反应（Stintzi
et al.，2001），并且 OPR3 的转录也能被 JA 诱导（Mussig et al.，2000）。拟南芥 opr3／dde1 突变体
为雄性不育，在施加 JA 后可以恢复育性表型，这表明 OPR3 对 JA 的合成至关重要。
本研究中克隆了唐菖蒲 OPR3 基因的 cDNA 全长序列，分析了该基因的生物信息学特征，运用
quantitative RT-PCR 技术研究其表达模式，并通过在拟南芥中过量表达唐菖蒲的 GhOPR3 基因，研
究 GhOPR3 基因调控 JAs 的生物合成以及对植物的抗逆性、伤害防御等调控作用，并为更深入的研
究 GhOPR3 基因的相关功能与分子机理提供参考。
1 材料与方法
1.1 材料
试验在中国农业大学观赏园艺栽培生理与生物技术实验室中进行，所用试验材料为唐菖蒲栽培
品种‘Rose Supreme’。GhOPR3 基因的分离是以组培球茎为材料，实时荧光定量 PCR 表达分析用
的叶片、根、新球等材料取自组培试管苗；花、匍匐茎和籽球等材料于 2009 年 7—8 月在中国农业
大学试验田中采得。以野生型拟南芥 Columbia 作为转基因材料，以 pCAMBIA1301 + 35S 为过表达
载体，GV3101 为转基因所用菌株。
1.2 GhOPR3 基因 cDNA 全长序列的克隆
唐菖蒲新球和籽球 RNA 的分离采用 MyLab 通用型 RNA 快速提取试剂盒；叶片、花和根采用
百泰克 RNAPure 高纯总 RNA 快速提取试剂盒；匍匐茎采用北京强欣博瑞生物技术有限公司生产的
EASYspin 植物 RNA 快速提取试剂盒。cDNA 反转录按照 Promega 的 M-MLV Reverse Transcriptase
说明书进行。OPR3 5′端 cDNA的合成按照TaKaRa公司的 5′-Full RACE Kit试剂盒说明书进行。cDNA
500 园 艺 学 报 41 卷
合成及 PCR 反应所用引物及反应程序见表 1。

表 1 引物、序列及 PCR 程序
Table 1 Primers，sequence and PCR reaction process in this study
目的
Purpose
反应程序
Reaction process
引物
Primer
引物序列（5′–3′）
Primer sequence
退火温度
Annealing temperature
OPRF1 C(C/T)GA(A/G)GGCAC（C/T）AT(C/G)(A/G)T(C/T)TCTCC 50 ℃ 一轮 PCR
The first round
PCR reaction
OPRR1 TGGAT(T/C)TC(A/G)AT(A/C/G)CCATCGAAACC
OPRF2 TGGCATGT(A/T)GG(A/T)CG(A/T/C)GC(A/T)TCTCA 54 ℃
保守区扩增
Conserved
region
amplification 二轮 PCR
The second round
PCR reaction
OPRR1 TGGAT(T/C)TC(A/G)AT(A/C/G)CCATCGAAACC

逆转录
Reverse transcription
AP1 CCAGTGAGCAGAGTGACGAGGACTCGAGCTCAAGC（T）17
OPRF3 GCGTCTCACCAAGTGTACCA 50 ℃ 一轮 PCR
The first round
PCR reaction
AP2 CCAGTGAGCAGAGTGACG
OPRF4 TGGGACCTATGGCAGCTATC 54 ℃
cDNA 3′末端快
速扩增
3′RACE
二轮 PCR
The second round
PCR reaction
AP3 GAGGACTCGAGCTCAAGC

外引物
Outer primer
CATGGCTACATGCTGACAGCCTA 52 ℃ 一轮 PCR
The first round
PCR reaction OPRR2 GTTGATCCCGTCTTTGAGGA
内引物
Inner primer
CGCGGATCCACAGCCTACTGATGATCAGTCGATG 52 ℃
cDNA 5′末端快
速扩增
5′RACE
二轮 PCR
The second round
PCR reaction OPRR3 TAGCTGCCATAGGTCCCATC
PCR OPRF5 AATCCCGGGGATCCAATGGCGGCGT 53 ℃ 编码区序列
CDS OPRR4 AACTGCAGAACTACATCCTCGACCGT

PCR GSPOPR-F AGGCACGGTCGAGGATGTAG
GSPOPR-R TCCCAATTCCCATTTCCTTTC
95 ℃ 30 s，95 ℃ 5 s，
60 ℃34 s，45 cycles
PCR GhACTIN-F TCGAGGTTGCTGTTGGGTACT
实时定量 PCR
Quantitative
RT-PCR
GhACTIN-R AACAAAACATGCGACCAAGC
95 ℃ 30 s，95 ℃ 5 s，
60 ℃ 34 s，45 cycles
PCR AtLOX1-F GGCTCTGGAGAAGGAGAGGT 59 ℃ 半定量 PCR
RT-PCR AtLOX1-R TAATGCTTGGTCAGGGAAG
PCR AtAOS-F TTTTATCGCCGAGAATCCAC 59 ℃
AtAOS-R CCTCCGCTAATCGGTTATGA
PCR AtAOC-F AACTGAGCGTGTACGAAATCAAT 59 ℃
AtAOC-R CAAACATACTGCATTCACAAGGA
PCR AtOPR3-F CGGCGTTGGCAGAGTATTAT 59 ℃
AtOPR3-R GCGAGCTTTGAGCCATTAAC
PCR AtACTIN-F GGTAACATTGTGCTCAGTGGTGG 59 ℃
AtACTIN-R GCATCAATTCGATCACTCAGAG

根据 GenBank 核酸数据库中报道的拟南芥（NM_001084415.1）、烟草（EF467331.1）、玉米
（EU962029.1）番茄（AJ278332.1）等 OPR3 RNA 序列，通过 DNAman 软件进行同源比对并设计
保守区兼并引物进行巢式 PCR 扩增，引物序列及扩增程序见表 1。以唐菖蒲组培球茎提取 RNA 反
转录的 cDNA 为模板，以兼并引物 OPRF1、OPRR1 以及 OPRF2、OPRR1 进行巢式 PCR 扩增 OPR3
基因的保守区序列；根据该保守区片段序列，利用 2 条 3′RACE 上游引物 OPRF3 和 OPRF4，进行 2
轮 PCR 扩增进行 3′端 cDNA 序列的克隆；结合保守区片段设计 2 条下游引物，用引物 Random 9 mers
进行逆转录，OPRR2 和 OPRR3 分别进行 5′端第 1 轮和第 2 轮 PCR 扩增获得 5′端 cDNA 序列。
应用 DNAman 对 OPR3 基因的 3′端和 5′端序列进行拼接，并在 NCBI 网站上预测其 ORF。根据
ORF 两端序列设计特异引物扩增该基因的编码区序列（CDS），并在上游引物 5′端和下游引物 3′端
分别设计 SmaⅠ和 PstⅠ限制性内切酶酶切位点。
将所有 PCR 产物凝胶电泳后回收目的片段，与 pMD18-T 载体连接并转化 DH5α，重组质粒鉴
定后送北京华大基因公司进行测序。
3 期 连青龙等：异源表达唐菖蒲 GhOPR3 提高了拟南芥的抗逆性 501

1.3 唐菖蒲试管球茎不同浓度 MJ 处理
选择长势相对较为一致的唐菖蒲试管苗进行 MJ 处理。以 60 g · L-1 蔗糖的 MS 培养基为基本培
养基。在培养基中分别加入经过滤灭菌后的 0.1 mmol · L-1、0.2 mmol · L-1 和 0.5 mmol · L-1 的 MJ。
以基本培养基作为对照，每处理做 3 次重复，每次重复 9 瓶组培苗，每瓶 3 株。放在室温（25 ± 2）℃
的培养室进行培养。
1.4 实时荧光定量 PCR 分析
提取唐菖蒲新球、籽球、匍匐茎、花、叶片、根等不同器官以及不同浓度 MJ 处理后试管新球
茎的总 RNA，检测质量后反转录为 cDNA。将 cDNA 稀释 10 倍后进行实时荧光定量 PCR 反应，实
时定量 PCR 仪的型号是 ABI 7500。反应体系为：2 µL cDNA 作为模板，10 µL 2× SYBR Premix Ex
TaqTM，特异引物和内参 Actin 引物（表 1）为 0.4 µL（10 µmol · L-1），0.4 µL 50× ROX Reference Dye
Ⅱ，用无菌水补足 20 µL。4 次重复，2-ΔΔCt 法数据分析。
1.5 内源 MJ 含量的测定
测定前抽取测定液的方法为：将材料放入研钵（预冷后），按照 1︰3 ~ 4（质量体积比）的比例
加入 80%甲醇提取液（100 mL 80%甲醇提取液中含有 22 mg BHT，经 4 ℃预冷）、少许石英砂、0.1
g PVP，研磨成匀浆并转移出 4 ℃过夜储存，4 ℃ 10 000 r · min-1 离心 10 min，取上清液。采用间接
ELISA 法（何钟佩，1993）测定内源 MJ 含量，测定在中国农业大学农学与生物技术学院化控室完
成。
1.6 GhOPR3 在拟南芥中的过表达分析
基因过表达载体使用改造后的 35S + pCAMBIA1301，根据基因信息序列构建 35S：GhOPR3 过
表达载体。运用浸染拟南芥花粉法获得转基因 T3 代纯合系植株。
盐胁迫处理：将拟南芥野生型与 T3 代转基因种子分别播于含 50 mmol · L-1 NaCl 的 1/2MS 培养
基中，于 4 ℃冰箱中放置 2 d 后，转移到 22 ℃培养室培养 10 d 后进行拍照分析。
干旱处理：分别将野生型和 T3 代转基因拟南芥种子播于 1/2MS 培养基上，于 4 ℃冰箱中放置
2 d 后，转移到 22 ℃培养室培养 10 d 后移栽，于 22 ℃培养室培养 3 周后停止浇水，4 周后进行拍
照分析。
机械伤害处理：将在培养室培养 4 周的拟南芥叶片用剪刀剪伤处理，待 0、1、3、6、12、24 h
后，分别取受伤叶片的邻叶，在液氮中保存。提取叶片的总 RNA，反转录成 cDNA 后，运用半定量
RT-PCR 技术进行相关抗性基因的表达分析，采用间接 ELISA 法（何钟佩，1993）测定拟南芥叶片
的内源 MJ 含量。
2 结果与分析
2.1 GhOPR3 基因全长 cDNA 序列的克隆
通过巢式 PCR 扩增 OPR3 基因的保守区（图 1，A），经测序得到保守区的核苷酸序列大小为
233 bp；3′RACE 和 5′RACE 的扩增产物大小分别为 992 bp（图 1，B）和 515 bp（图 1，C）。使用
DNAman 把中间片段序列、3′端以及 5′端序列进行拼接，得到全长为 1 489 bp OPR3 基因序列；预
测并扩增 ORF，得到 OPR3 基因的 CDS 1 158 bp（图 1，D）。
502 园 艺 学 报 41 卷
2.2 GhOPR3 基因序列的分析
对唐菖蒲 OPR3 基因的全长序列进行分析得知，该基因全长 1 489 bp，包含一个编码 385 个氨
基酸的开放阅读框 1 158 bp，3′UTR 和 5′UTR 分别为 992 bp 和 515 bp（图 1）。将该基因命名为
GhOPR3，提交至 NCBI 数据库，登录号为 JF831197。


图 1 PCR 产物检测
A：中间片段产物；B：3′RACE 产物；C：5′RACE 产物；D：编码区产物；M：DL2000 marker。
Fig. 1 Agrose gel electrophoresis of PCR products
A：Fragment product；B：3′RACE product；C：5′RACE product；D：CDS product；M：DL2000 marker.

利用 ExPASyD 分析唐菖蒲 GhOPR3 基因，推导的蛋白质分子量为 42.49 kD，等电点 7.76。同
时将其编码区核酸序列提交 NCBI 在线比对（http：//blast. ncbi. nlm. nih.gov/Blast.cgi），将同源性较


图 2 唐菖蒲与几种植物 OPR3 氨基酸序列同源性比较
Fig. 2 Homology comparison of amino acid sequence of Gladiolus hybridus OPR3 with other plants
3 期 连青龙等：异源表达唐菖蒲 GhOPR3 提高了拟南芥的抗逆性 503

高和研究相对较多的候选序列下载，使用DNAman将唐菖蒲OPR3氨基酸序列与这些序列进行比对。
结果表明，唐菖蒲 OPR3 的氨基酸序列与玉米（EU962029.1）、拟南芥（NM_201702.2）和番茄
（AJ278332.1）都有较高的同源性，其中与玉米的最高，为 77.1%，其次是番茄，为 73.5%，与拟
南芥的最低，为 69.0%。此外，唐菖蒲 OPR3 的氨基酸 C 端含有一个过氧化物酶体定位信号 SRM（图
2）。
系统进化树显示，GhOPR3 和玉米、番茄和拟南芥 OPR3 聚为一类（图 3）。


图 3 GhOPR3 与其它已克隆的 OPR 类蛋白序列的系统进化树分析
Fig. 3 Phylogenetic analysis of GhOPR3 and other OPR-type protein sequences


2.3 唐菖蒲不同器官中 GhOPR3 的表达和 MJ 含量的分析
实时荧光定量 PCR 分析表明，GhOPR3 在所检测的唐菖蒲各器官中均有表达，其中在籽球中的
表达量最高，在匍匐茎中也有相对较高的表达量，在根中的表达量最低，其它各器官的表达量与根
部器官比较均呈显著性差异（图 4）。
内源 MJ 含量在匍匐茎中最高，而叶、花与根部相差并不明显。新球和籽球也显著高于根部（图
4）。


图 4 唐菖蒲不同器官的 GhOPR3 表达水平和内源 MJ 含量
﹡：与根部差异显著（P < 0.05）。
Fig. 4 The transcriptional levels of GhOPR3 and the endogenous MJ content in different organs of Gladiolus
The asterisks indicate significant differences（P < 0.05）between the different organs and the roots.

504 园 艺 学 报 41 卷
2.4 MJ 处理对唐菖蒲试管球茎 GhOPR3 表达水平和内源 MJ 含量的影响
组培球茎中 GhOPR3 基因的表达水平随着 MJ 处理浓度的增加而显著提高，0.5 mmol · L-1 MJ
处理的表达水平是对照表达水平的 19.3 倍（图 5）。
在 0 ~ 0.5 mmol · L-1 的 MJ 处理浓度范围内，唐菖蒲组培球茎内源 MJ 含量随着处理浓度的增加
而逐渐升高，0.5 mmol · L-1 和 0.2 mmol · L-1 处理浓度时球茎中的内源 MJ 含量分别比对照提高了
65.6%和 20.2%（图 5）。



图 5 MJ 处理对 GhOPR3 基因表达以及内源 MJ 含量在唐菖蒲球茎的影响
﹡与对照差异显著（P < 0.05）。
Fig. 5 Effect of MJ treatment on GhOPR3 transcript and the MJ endogenous content in Gladiolus corm
The asterisks indicate significant differences（P < 0.05）between
MJ treatments and the control.

2.5 过表达 GhOPR3 拟南芥的耐盐与抗旱性分析
将野生型和 T3 代转基因 GhOPR3 拟南芥种子分别播在含有 50 mmol · L-1 NaCl 的 1/2MS 培养基
上，经过 10 d 的培养后发现，转基因株系生长正常，叶片绿色，根系较长，植株成活率达到 90%以
上。但拟南芥野生型植株的叶片呈现黄白色，其根系短小，并且出现了大部分植株死亡的现象（图
6）。
将野生型和转基因拟南芥植株移栽至培养室培养 3 周后进行干旱胁迫，停止浇水 4 周后观察发
现，野生型拟南芥植株已基本死亡。而部分转基因拟南芥的植株仍未死亡，其叶片呈现绿色，经统
计得出转基因拟南芥植株成活率为 66.7%（图 7）。
2.6 机械损伤对过表达 GhOPR3 拟南芥相关基因的表达与 MJ 含量的影响
对野生型拟南芥进行机械损伤，发现在受到伤害 1 ~ 24 h 后 AtLOX1、AtAOS、AtAOC 和 AtOPR3
基因的表达水平得到了不同程度的提高，其中在损伤 1 ~ 3 h 后提高相对较大，但各基因在拟南芥损
伤相同时间内表达水平的差异并不显著（图 8）。
与野生型相比，过表达 GhOPR3 拟南芥植株中 AtLOX1、AtAOS，AtAOC 和 AtOPR3 基因的表达
水平在损伤后的一定时间内得到了相对较大提高，其中在损伤 3 ~ 6 h 的表达水平达到最高值，后又
呈现下降趋势（图 8）。
但在未受伤前，转基因拟南芥植株叶片的 MJ 含量比野生型提高了 65.9%（图 9）。



3 期 连青龙等：异源表达唐菖蒲 GhOPR3 提高了拟南芥的抗逆性 505



图 6 过表达 GhOPR3 增强了转基因拟南芥的耐盐性
Fig. 6 Overexpression of GhOPR3 enhanced the salt tolerance of transgenic Arabidopsis respectively


图 7 过表达 GhOPR3 增强了转基因拟南芥的耐旱性
Fig. 7 Overexpression of GhOPR3 enhanced the drought tolerance of transgenic Arabidopsis



图 8 机械损伤对过表达 GhOPR3 拟南芥相关基因表达的影响
Fig. 8 Effect of mechanical damage to related genes expression in transgenic GhOPR3 Arabidopsis


506 园 艺 学 报 41 卷



图 9 机械损伤对转基因 GhOPR3 拟南芥 MJ 含量的影响
﹡：与对照差异显著（P < 0.05）。
Fig. 9 Effect of mechanical damage to MJ content in transgenic GhOPR3 Arabidopsis
The asterisks indicate significant differences（P < 0.05）between
mechanical damage and the control.
3 讨论
本研究中克隆了一个唐菖蒲茉莉酸生物合成途径关键酶 OPR 基因的全长序列，该基因的氨基酸
C 端含有一个过氧化物酶体定位信号 SRM（图 2），系统进化树结果表明该基因属于 OPR3 一类（图
3），且有研究表明 OPR3 的转录被 JA 诱导，对 JA 的合成具有重要作用（Mussig et al.，2000）。
GhOPR3 基因的表达模式研究结果显示，GhOPR3 基因在唐菖蒲的匍匐茎、新球和籽球茎中表
达量较高，其中在籽球中表达量最高，而在叶子、花和根中相对表达量较低。同时测定的内源 MJ
含量结果显示，同样是在匍匐茎、籽球和新球茎中含量较高，但在匍匐茎中含量最高，而在叶、花
和根中含量相对较低，与 GhLOX1 基因的组织性表达模式类似（Lian et al.，2011）。GhOPR3 的表
达水平和内源 MJ 含量的最大值分别发生在唐菖蒲的籽球和匍匐茎中，这可能与唐菖蒲的发育过程
有关。在唐菖蒲球茎的发育过程中，籽球由匍匐茎的顶端逐渐膨大而成，所以匍匐茎和籽球的连接
部位较难分离得特别清楚，这或许对试验的结果造成了一定的影响，但其更深入的原因需要进一步
的研究。此外，外施 0.1 ~ 0.5 mmol · L-1 的 MJ 提高了 GhOPR3 基因的表达水平，同时也促进了内源
茉莉酸化合物的合成，研究结果与唐菖蒲茉莉酸合成途径中的其它酶 GhLOX1、GhAOS 和 GhAOC
基因的表达模式（He et al.，2008；Lian et al.，2011，2013）类似。而拟南芥的芯片分析研究显示，
在 41 个 JA 响应的基因中有 5 个是 JA 合成途径的基因，表明 JAs 的合成途径属于正反馈调控（Sasaki
et al.，2001），这与其它的研究结果一致。综合以往研究可以发现，JA 合成途径中的所有基因包括
DAD1、LOX、AOS、AOC、OPR3 和 JMT 的转录均受到 JA 诱导（Heitz et al.，1997；Laudert & Weiler，
1998；Mussig et al.，2000；Ishiguro et al.，2001；Seo et al.，2001；Agrawal et al.，2003），而且创
伤和其它胁迫等能够诱导 JA 反应的因素也能促使这些基因表达，并且这些基因转录的激活就发生
在 JAs 合成的位置。
此外，本研究结果显示，转基因 GhOPR3 拟南芥植株的耐盐性和抗旱性分别得到了提高，在 50
mmol · L-1 的 NaCl 的胁迫下，成活率达到了 90%以上，并且，干旱胁迫后的成活率达到了 66.7%。
研究表明，基因表达数据只是研究 JA 生物合成规律的一部分，例如在含有大量 LOX、AOS 和 AOC
蛋白的拟南芥叶片中，只有在经过如伤害的外界刺激后，茉莉酸的合成才能发生（Stenzel et al.，
2003a）。受伤诱导提高 JA 的合成是短暂的，发生在 LOX、AOS 和 AOC 的基因表达之前（Howe et al.，
2000；Stenzel et al.，2003a，2003b），所以，本试验中野生型和过表达拟南芥植株受伤后，MJ 含量
3 期 连青龙等：异源表达唐菖蒲 GhOPR3 提高了拟南芥的抗逆性 507

都出现了先升高后下降的趋势。并且，有研究表明在过表达 AOS 或 AOC 植株中，经过伤害或其它
刺激之前并没有提高 MJ 的水平（Laudert et al.，2000；Stenzel et al.，2003b）。与此不同的是，本试
验结果显示，在过表达株系中出现了经伤害之前 MJ 水平比野生型拟南芥 MJ 水平较高的现象，提
高了 65.9%，其具体原因有待进一步研究。但茉莉酸在植物经受干旱、外界伤害等环境刺激后的防
御作用在拟南芥上、烟草、马铃薯中都得到了证实（Beckers & Spoel，2006；Wasternack，2006)。
本研究中，野生型和过表达 GhOPR3 的拟南芥植株经过外部机械伤害后，其 AtLOX1、AtAOS，
AtAOC 和 AtOPR3 等各基因的表达量和 MJ 含量总体上在受伤后的不同时间内得到了不同程度的提
高，并且过表达植株受伤后各基因的表达量要比野生型植株受伤后的表达量高（图 8）。本研究结果
与对黄瓜以及大豆等植物的研究结果（Grimeset al.，1992；Avdiushko et al.，1995）趋向一致。因此，
茉莉酸的生物合成不只受到基因的调控，外界的刺激也是一个重要的因素。
这些结果表明，GhOPR3 基因的表达促进了茉莉酸类化合物的生物合成，增强了转基因拟南芥
的耐盐性与抗旱性，并且提高了外界损伤后过表达拟南芥植株茉莉酸生物合成途径中各相关抗性基
因的表达水平。本研究中将深入研究 GhOPR3 的基因功能，并通过转基因技术进一步探讨 GhOPR3
在调控唐菖蒲茉莉酸及其化合物的生物合成中的作用，进而探讨 OPR 在唐菖蒲生长发育过程以及防
御系统中的生理功能。

References
Agrawal G K，Jwa N S，Shibato J，Han O，Iwahashi H，Rakwal R. 2003. Diverse environmental cues transiently regulate OsOPR1 of the
“Octadecanoid pathway”revealing its importance in rice defense/stress and development. Biochem Biophys Res Commun，310 (4)：1073–
1082.
Avdiushko S，Croft K P，Brown G C，Jackson D M，Hamilton-Kemp T R，Hildebrand D. 1995. Effect of volatile methyl jasmonate on the oxylipin
pathway in tobacco,cucumber，and Arabidopsis. Plant Physiol，109：1227–1230.
Beckers G J，Spoel S H. 2006. Fine-tuning plant defence signalling：Salicylate versus jasmonate. Plant Biology，8：1–10.
Biesgen C，Weiler E W. 1999. Structure and regulation of OPRl and OPR2， two closely related genes encoding 12-oxophytodienoic
acid-10,11-reductases from Arabidopsis thaliana. Planta，208：155–165.
Grimes H D，Koetje D S，Franceschi V R. 1992. Expression，activity，and cellular accumulation of methyl jasmonate-responsive lipoxygenase in
soybean seedlings. Plant Physiol，100：433–443.
He Xiu-li，Shi Li-wei，Yuan Zhi-hua，Xu Zhe，Zhang Zhi-qian，Yi Ming-fang. 2008. Effects of lipoxygenase on the corm formation and enlargement
in Gladiolus hybridus. Scientia Horticulturae，118：60–69.
He Zhong-pei. 1993. The experimental instructor of crop chemistry control. Beijing：Beijing Agricultural Universiy Press：60–68. (in Chinese)
何钟佩. 1993. 农作物化学控制实验指导. 北京：北京农业大学出版社：60–68.
Heitz T，Bergey D R，Ryan C A. 1997. A gene encoding a chloroplast-targeted lipoxygenase in tomato leaves is transiently induced by wounding，
systemin，and methyl jasmonate. Plant Physiol，114 (3)：1085–1093.
Howe G A，Lee G I，Itoh A，Li L，DeRocher A E. 2000. Cytochrome P450-dependent metabolism of oxylipins in tomato. Cloning and expression
of allene oxide synthase and fatty acid hydroperoxide lyase. Plant Physiology，123：711–724.
Ishiguro S，Kawai-Oda A，Ueda J，Nishida I，Okada K. 2001. The defective in anther dehiscence1 gene encodes a novel phospholipase a1 catalyzing
the initial step of jasmonic acid biosynthesis，which synchronizes pollen maturation，anther dehiscence，and flower opening in Arabidopsis.
Plant Cell，13：2191–2209.
Jiang Ke-ji，Pi Yan，Hou Rong，Tang Ke-xuan. 2010. Jasmonate biosynthetic pathway：Its physiological role and potential application in plant
secondary metabolic engineering. Chinese Bulletin of Botany，45 (2)：137–148. (in Chinese)
蒋科技，皮 妍，侯 嵘，唐克轩. 2010. 植物内源茉莉酸类物质的生物合成途径及其生物学意义. 植物学报，45 (2)：137–148.
Laudert D，Weiler E W. 1998. Allene oxide synthase：A major control point in Arabidopsis thaliana octadecanoid signaling. Plant Journal，15：675–
684.
508 园 艺 学 报 41 卷
Laudert D，Schaller F，Weiler E W. 2000. Transgenic Nicotiana tabacum and Arabidopsis thaliana plants overexpressing allene oxide synthase.
Planta，211：163–165.
Li L，Li C，In-Lee G，Howe G A.2002. Distinct roles for jasmonate synthesis and action in the systemic wound response of tomato. Plant Biology，
99 (9)：6416–6421.
Lian Qing-long，Xin Hai-bo，Zhong Xiong-hui，Zhang Zi-you，Han Hao-jun，Yi Ming-fang. 2011. Cloning，characterization and expression analysis
of a 9-lipoxygenase gene in Gladiolus hybridus. Sciential Horticulturae，(130)：468–475.
Lian Qing-long，Xin Hai-bo，Li Xiao-xin，Zhong Xiong-hui，YinYi-lei，Yi Ming-fang. 2013. Isolation，characterization and expression analysis
of the genes—GhAOS，GhAOC and GhOPR3：Encoding the key enzymes involved in jasmonic acid biosynthesis in Gladiolus hybridus.
Sciential Horticulturae，(154)：88–95.
Liechti R，Farmer E E. 2002. The jasmonate pathway. Science，296 (5573)：1649–1650.
Mussig C，Biesgen C，Lisso J，Uwer U，Weiler E W，Altmann T. 2000. A novel stress-inducible 12-oxophytodienoate reductase from Arabidopsis
thaliana provides a potential link between brassinosteroid-action and jasmonic-acid synthesis. J Plant Physiol，157：143–152.
Sasaki Y，Asamizu E，Shibata D，Nakamura Y，Kaneko T，Awai K，Amagai M，Kuwata C，Tsugane T，Masuda T，Shimada H，Takamiya X，
Ohta H，Tabata S. 2001. Monitoring of methyl jasmonate-responsive genes in Arabidopsis by cDNA macroarray：Self-activation of jasmonic
acid biosynthesis and crosstalk with other phytohormone signaling pathways. DNA Res，8：153–161.
Seo H S，Song J T，Cheong J J，Lee Y H，Lee Y W，Hwang I，Lee J S，Choi Y D. 2001. Jasmonic acid carboxyl methyltransferase：A key enzyme
for jasmonate-regulated plant responses. Proc Natl Acad Sci USA，98：4788–4793.
Stenzel I，Hause B，Miersch O，Kurz T，Maucher H，Weichert H，Ziegler J，Feussner I，Wasternack C. 2003a. Jasmonate biosynthesis and the
allene oxide cyclase family of Arabidopsis thaliana. Plant Molecular Biology，51：895–911.
Stenzel I，Hause B，Maucher H，Pitzschke A，Miersch O，Ziegler J，Ryan C，Wasternack C. 2003b. Allene oxide cyclase dependence of the
wound response and vascular bundle-specific generation of jasmonates in tomato – amplification in wound signalling. The Plant Journal，33(3)：
577–589.
Stintzi A，Weber H，Reymond P，Browse J，Farmer E E. 2001. Plant defense in the absence of jasmonic acid：The role of cyclopentenones. Proc Natl
Acad Sci USA，98：12837–12842.
Strassner J，Schaller F，Frick U B，Howe G A，Weiler E W，Amrhein N，Macheroux P，Schaller A. 2002. Characterization and cDNA-microarray
expression analysis of 12-oxophytodienoate reductases reveals differential roles for octadecanoid biosynthesis in the local versus the systemic
wound response. Plant J，32：585–601.
Vom Endt D，Soares e Silva M，Kijne J W，Pasquali G，Memelink J. 2007. Identification of a bipartite jasmonate-responsive promoter element in the
Catharanthus roseus ORCA3 transcription factor gene that interacts specifically with AT-hook DNA-binding proteins. Plant Physiology，144(3)：
1680–1689.
Wasternack C. 2006. Oxylipins：Biosynthesis，signal transduction andaction. In//：Hedden P，Thomas S G. Plant hormone signalling. Oxford，UK：
Blackwell：185–228.