全 文 ：园 艺 学 报 2012，39（3）：425–435 http: // www. ahs. ac. cn
Acta Horticulturae Sinica E-mail: yuanyixuebao@126.com
收稿日期：2011–12–23；修回日期：2012–02–20
基金项目：国家‘863’计划项目（2011AA100204）；山东省水果产业体系和农业良种工程项目
* 通信作者 Author for correspondence（E-mail：haoyujin@sdau.edu.cn；zhanglz@sdau.edu.cn）
苹果 MdGLRs 家族基因生物信息学鉴定和表达
分析
罗 华，胡大刚，张连忠*，郝玉金*
（山东农业大学园艺科学与工程学院，国家苹果工程技术研究中心，农业部黄淮地区园艺作物生物学与种质创制重
点实验室，山东泰安 271018）
摘 要：利用生物信息学策略对苹果 MdGLRs 家族基因编码蛋白的氨基酸序列的基本特征、二级结
构、跨膜区域、亲疏水性、基因亚细胞定位及保守结构域进行了预测和分析，与拟南芥 AtGLRs 家族的 20
个基因进行了氨基酸序列比对和进化树分析，并对这些基因在不同营养生长器官中进行了表达分析。结
果表明，苹果 MdGLRs 家族包含 32 个基因，分为 3 个亚族，大部分基因编码 800 个氨基酸以上，多含有
3 个跨膜区域，二级结构主要以 α–螺旋、无规则卷曲、折叠延伸链为主；亚细胞定位预测发现，MdGLRs
蛋白主要定位在内质网和质膜上；MdGLRs 蛋白的保守结构域是 S1-M1-M2-M3-S2-M4；大多数基因在根、
茎、叶中普遍都有表达，在叶中的表达量最高。
关键词：苹果；谷氨酸受体；MdGLRs 家族基因；序列分析；生物信息学；表达分析
中图分类号：S 661.1 文献标识码：A 文章编号：0513-353X（2012）03-0425-11

Bioinformatics and Expression Analysis of Apple MdGLRs Genes Family
LUO Hua，HU Da-gang，ZHANG Lian-zhong*，and HAO Yu-jin*
（College of Horticultural Science and Engineering，Shandong Agricultural University，State Key Laboratory of Crop
Science，Key Laboratory of Biology and Genetic Improvement of Horticultural Crops（Huanghuai Region），Ministry of
Agriculture，Tai’an，Shandong 271018，China）
Abstract：Secondary structure，transmembrane region，hydrophobicity/ hydrophilicity，subcellular
localization and conserved structure domains of MdGLRs proteins were predicted and analyzed with
bioinformatics methods，alignment of amino acid sequences and phylogenetic analysis. The expression of
MdGLRs genes was analyzed in different vegetative organs with semi-quantitative RT-PCRs. The results
showed that MdGLRs family contained 32 genes，which was further divided into 3 sub-families. Most
MdGLRs protein contained more than 800 amino acids. They generally had 3 transmembrane regions. The
secondary structures of MdGLRs proteins were mainly alpha helix，random coil and extended strand. The
prediction of sub-cellular localization showed that MdGLRs proteins were mainly localized in
endoplasmic reticulum and plasma membrane. Both MdGLRs and AtGLRs proteins contained conserved
structure domains. Expression analysis showed that most genes expressed in roots，stems and leaves，with
the highest expression level in leaves.

426 园 艺 学 报 39 卷
Key words：apple；glutamate receptors；MdGLRs family genes；sequence analysis；bioinformatics；
expression analysis

动物中存在两类谷氨酸（Glu）受体，即离子通道型谷氨酸受体（ionortopic glutamate receptors，
iGluRs）和代谢调节型谷氨酸受体（mGluRs）。iGluRs 作为谷氨酸门控的非选择性阳离子通道起作
用，催化 K+、Ca2+和 Na+进入细胞，介导大部分的兴奋性神经传递（Lau & Roux，2011）。
后来的研究发现，在很多高等植物，如拟南芥（Chiu et al.，2002），水稻（Li et al.，2006），萝
卜（Kang et al.，2006），烟草、豌豆、玉米（Lam et al.，1998）中也有类似离子通道型谷氨酸受体
基因（GLR）。在拟南芥中，AtGLRs 基因家族包含 20 个 GLRs（Lacombe et al.，2001；Chiu et al.，
2002），并且根据编码氨基酸序列的相似性，分成了 GLR1、GLR2 和 GLR3 亚组。
目前主要是利用超表达和基因敲除等技术鉴定 GLRs 的功能，相关研究主要集中在拟南芥上。
一系列研究发现，AtGLRs 参与细胞中 Ca2+转运（Kim et al.，2001）以及 Ca2+调控的气孔运动（Cho
et al.，2009），参与光信号传导（Lam et al.，1998），调控或参与 C/N 代谢，并通过调控 ABA 的生
物合成来控制种子的萌发（Kang et al.，2004）；同时 AtGLRs 参与了根系的生长发育（Li et al.，2006）、
下胚轴伸长（Brenner et al.，2000）、花茎和维管束生长（Kim et al.，2001；Turano et al.，2002）、叶
片衰老（Zimmermann et al.，2004；Meyerhoff et al.，2005）等生长发育过程；另外，AtGLRs 还参
与对各种胁迫的快速响应，如低温（Meyerhoff et al.，2005）、干旱（Kang et al.，2004）、盐害（Maathuis
et al.，2003）、机械外力（如损伤、穿刺等）（Meyerhoff et al.，2005），并参与茉莉酸调控的病菌防
御过程（Kang et al.，2006）。
Chiu 等（2002）运用 RT-PCR 技术研究表明，除 GLR2 中的 AtGLR2.1、AtGLR2.2、AtGLR2.3
和 AtGLR2.9 仅在根中转录外，大部分的 AtGLRs 在拟南芥幼苗的各种组织（如根系、茎、角果和花）
中都存在转录；许多 AtGLRs（如 AtGLR1、AtGLR2.5、AtGLR2.7、AtGLR2.8、AtGLR2.9 和 AtGLR3.4）
均在衰老的叶片中高水平表达（Zimmermann et al.，2004；Meyerhoff et al.，2005）。对 AtGLR2.8，
AtGLR2.9 和 AtGLR3.4 的进一步研究发现，在衰老过程中它们可能在代谢产物的再利用中具有重要
功能（Meyerhoff et al.，2005）。
对 GLR 的研究主要在模式植物上进行，对苹果等果树的相关研究非常少。作者利用生物信息学
技术，对苹果 MdGLRs 家族基因的 32 个成员进行了系统分析，以期为克隆鉴定苹果 MdGLRs 的生
物学功能奠定基础。
1 材料与方法
1.1 苹果 MdGLRs 家族基因的确定
从拟南芥基因组数据库（http：//www.arabidopsis.org）中下载已注册的 20 个 AtGLRs，并从苹果
基因组数据库（http：//genomics.research.iasma.it/）中下载与拟南芥 AtGLRs 对应的、具有一定序列
同源性的苹果核酸和蛋白序列，用于后续生物信息学分析。
1.2 MdGLRs 家族基因的生物信息学鉴定
利用 MEGA4.0 软件对拟南芥的 20 个 AtGLRs 蛋白和预测的苹果 MdGLRs 蛋白进行序列同源性
分析，并作进化树，然后将预测基因命名。

3 期 罗 华等：苹果 MdGLRs 家族基因生物信息学鉴定和表达分析 427

以下为相关分析网站。氨基酸的理化性质分析网站：http：//web.expasy.org/protparam/；跨膜区
域预测网站：http：//www.cbs.dtu.dk/services/TMHMM/；结构功能域预测网站：http：//smart.embl-
heidelberg.de/；http：//npsa-pbil.ibcp.fr/cgi-bin/npsa_automat；亚细胞定位预测网站：http：//psort.hgc.jp/
form2.html。
1.3 MdGLRs 家族基因在不同组织的表达分析
根、茎、叶器官取自同一批继代培养、生长状态一致的嘎啦苹果组培苗。
取样后液氮冷冻，采用植物总 RNA 提取试剂盒（TIANGEN 公司）提取总 RNA，用 DNaseⅠ
除去基因组 DNA 后，反转录得到 cDNA 用于表达分析。表达分析所用的特异引物和预计产物长度
见表 1。
表 1 特异引物和预计产物长度
Table 1 Special primers and its estimated length
基因 Gene 上游引物（5′–3′）Forward primer 下游引物（5′–3′）Reverse primer 长度/bp Length
MdGLR1.1 TTGCAAGGAGGGTGAATGGC GGTAACTCATTTAAGGCGGCT 276
MdGLR2.3 GATAAGGTTTTCGGATTCTACG GTATCTGCACATAATGCCTTG 383
MdGLR2.4 TATTGGGACACAGCTCTAGACC AGGGACATGAGCATCAACCTCT 339
MdGLR2.5 GCAACAATCTCCATCTACTTC GCATCTTCGAGTCCTCTTGG 382
MdGLR2.7 CGACTACTGGCTATTCGTCTC TCTGCTGTACTCAATGTGGCT 258
MdGLR2.8 ACTCCAACAGTACGTTATG CATTCACTGGGATTGTTCT 278
MdGLR2.10 CCAAACAATAACACCACCTGC CCTAAATCGACCTCACAGAAAT 228
MdGLR2.12 AGGACATCTTCTCGCAACTCG GCAATCTCATGAGGTCTTGGC 301
MdGLR2.13 ACCCAAGACAGTAGTACTCATG AAGAGAGAGAAGAGAGAGATG 272
MdGLR2.16 TGAGTCCATTCGTCAAGC CATCTAACTCAACCACTGT 280
MdGLR3.6 GTACTACAGGCATTATGATTCC CTCATAACATCTTCCCACACAC 363
MdGLR3.7 TTGTTGATGAGAAGGAAGAGG TTCTCCCTCTCAATATCGCTT 254
MdGLR3.9 AACACGAGATCTAGACGCTC GCAAAATGGTCTAAAGCTAGC 329
MdGLR3.11 AGGGTCTTATGGTCTTTGTAG ACTCCCTCCTTCAGTTGAAAT 366
MdGLR3.13 GAAGATTTGAGCGCTGATGG GTTTTGGTGTCTGTTGCATAG 268
MdGLR3.14 AATGCAACATACATCGACACC GCTATGTTGGTCAGAAATATGG 393
2 结果与分析
2.1 苹果 MdGLRs 家族的蛋白序列
拟南芥基因组中共有 20 个 AtGLRs 基因家族成员。进化树分析表明，20 个 AtGLRs 蛋白分为Ⅰ、
Ⅱ、Ⅲ亚家族。以这 20 个 AtGLRs 为电子探针，搜索苹果基因组数据库，共发现 32 个 MdGLRs 基
因家族成员（表 2）。
将这些 MdGLRs 蛋白与 AtGLRs 蛋白进行亲缘关系分析，获得环状进化树（图 1）。结果表
明，32 个 MdGLRs 基因与 AtGLRs 基因对应，也可以分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ亚家族，并根据它们与 AtGLRs
基因的亲缘关系对每个 MdGLRs 基因进行了编号和命名。亚家族Ⅰ包含 2 个基因，亚家族Ⅱ包含 16
个基因，亚家族Ⅲ包含 14 个基因。另外，亚家族Ⅱ中，有 8 个基因位于 11 号染色体，而亚家族Ⅱ
和Ⅲ中，共有 8 个基因位于 15 号染色体；其它 MdGLRs 基因散布于 0、1、2、6、7、9、10、12、
14 和 17 等 10 条染色体。MdGLRs 基因的苹果基因组登录号、基因组序列号和所在基因组位置等特
征见表 2。


428 园 艺 学 报 39 卷
图 1 苹果 MdGLRs 与拟南芥 AtGLRs 家族的系统进化树
Fig. 1 Phylogenetic tree of the amino acid sequences of apple MdGLRs family and Arabidopsis AtGLRs family
AtGLR1.1（NP_187061.1），AtGLR1.2（NP_199651.1），AtGLR1.3（NP_199652.1），AtGLR1.4（NP_187408.2），AtGLR2.1（NP_198062.2），
AtGLR2.2（NP_180048.1），AtGLR2.3（NP_180047.1），AtGLR2.4（NP_194899.1），AtGLR2.5（NP_196682.1），AtGLR2.6（NP_196679），
AtGLR2.7（NP_180476.3），AtGLR2.8（NP_180475.2），AtGLR2.9（NP_180474.1），AtGLR3.1（NP_028351.2），AtGLR3.2（NP_974686.1），
AtGLR3.3（NP_174978.1），AtGLR3.4（NP_172012.2），AtGLR3.5（NP_565743.1），
AtGLR3.6（NP_190716.3），AtGLR3.7（NP_565744.1）.

表 2 苹果 MdGLRs 核酸序列的基本特征
Table 2 The basic characteristics of nucleic acid sequences of MdGLRs in apple
亚族分类
Subfamily
基因名称
Gene name
苹果基因组登录号
Apple genome accession No.
基因组序列号
Genome sequence No.
所在基因组位置
Genome position
Ⅰ MdGLR1.1 MDP0000277757 MDC002925.305 chr7:7248929..7253365
MdGLR1.2 MDP0000241384 MDC012273.466 chr2:27539038..27554370
Ⅱ MdGLR2.1 MDP0000154359 MDC020329.266 chr0:45465692..45468866
MdGLR2.2 MDP0000145260 MDC020329.266 chr11:33581659..33584824
MdGLR2.3 MDP0000301115 MDC019043.105 chr11:33544236..33547315
MdGLR2.4 MDP0000314708 MDC020329.293 chr11:33532290..33537024
MdGLR2.5 MDP0000877773 MDC026836.41 chr11:33444188..33447110
MdGLR2.6 MDP0000291967 MDC010915.810 chr11:33457040..33464765
MdGLR2.7 MDP0000274812 MDC005300.377 chr2:14402807..14407255
MdGLR2.8 MDP0000215803 MDC021014.157 chr12:6934822..26938207
MdGLR2.9 MDP0000683231 MDC027672.60 chr11:33421744..33425134
MdGLR2.10 MDP0000643002 MDC026836.41 chr11:33428272..33437085
MdGLR2.11 MDP0000220955 MDC023516.27 chr15:70223..75986
MdGLR2.12 MDP0000214356 MDC017474.429 chr11:33599154..33602896
MdGLR2.13 MDP0000227999 MDC023851.58 chr15:781966..786247
MdGLR2.14 MDP0000196283 MDC011968.145 chr15:794542..800035
MdGLR2.15 MDP0000183824 MDC017154.657 chr14:7746064..7753013
MdGLR2.16 MDP0000172977 MDC005244.616 chr15:44064534..44068454
Ⅲ MdGLR3.1 MDP0000308321 MDC017518.263 chr9:7154720..7160633
MdGLR3.2 MDP0000211102 MDC017518.269 chr17:7776072..7790975

3 期 罗 华等：苹果 MdGLRs 家族基因生物信息学鉴定和表达分析 429

续表 2
亚族分类
Subfamily
基因名称
Gene name
苹果基因组登录号
Apple genome accession No.
基因组序列号
Genome sequence No.
所在基因组位置
Genome position
MdGLR3.3 MDP0000305907 MDC016028.87 chr10:13726075..13743379
MdGLR3.4 MDP0000289063 MDC010295.131 chr15:16623812..16627642
MdGLR3.5 MDP0000656601 MDC018273.363 chr15:16556434..16564509
MdGLR3.6 MDP0000190147 MDC010295.131 chr15:16612870..16616379
MdGLR3.7 MDP0000866573 MDC018273.363 chr15:16550152..16553621
MdGLR3.8 MDP0000321388 MDC000151.272 chr6:917118..923809
MdGLR3.9 MDP0000745766 MDC017518.245 chr1:77768228..7772118
MdGLR3.10 MDP0000274240 MDC003608.299 chr9:7160707..7166873
MdGLR3.11 MDP0000261444 MDC019774.131 chr9:7127346..7131266
MdGLR3.12 MDP0000307121 MDC017612.258 chr9:7138449..7147462
MdGLR3.13 MDP0000676248 MDC017612.258 chr9:7180305..7184650
MdGLR3.14 MDP0000282293 MDC008588.326 chr0:61721945..61724645


430 园 艺 学 报 39 卷
图 2 苹果 MdGLRs 家族和拟南芥 AtGLRs 家族的氨基酸序列比对
Fig. 2 Alignment of the amino acid sequences of apple MdGLRs family and Arabidopsis AtGLRs family
3 期 罗 华等：苹果 MdGLRs 家族基因生物信息学鉴定和表达分析 431

2.2 苹果 MdGLRs 与拟南芥 AtGLRs 的氨基酸序列分析
对预测到的苹果的 32 个蛋白序列和拟南芥的 20 个蛋白序列进行了同源序列比对（图 2）。结果
表明，在 32 个苹果 MdGLRs 蛋白中，有 22 个包含有全部 6 个保守结构域，它们的功能可能与拟南
芥 AtGLRs 的 S1、M1、M2、M3、S2、M4 相近；另外，MdGLR3.9、MdGLR3.11、MdGLR3.13 和
AtGLR2.6 均缺失 M2 保守域，MdGLR2.2、MdGLR3.5、MdGLR3.13 与 AtGLR2.4 和 AtGLR2.6 相
似，含有结构不完整的 M3 保守域，而 MdGLR3.14 蛋白则没有 M4 结构域，其可能只有 MdGLRs
蛋白的部分功能，或获得了新功能，也有可能 MdGLR3.14 是假基因。保守域结构不完整的 3 个蛋白
也可能在进化中获得了新功能，也有可能只具备 GLRs 蛋白的部分功能。
2.3 跨膜区域预测
利用TMHMM Server v.2.0软件对MdGLRs蛋白进行跨膜结构分析（表 3）。结果表明，3个MdGLRs
蛋白有 2 个跨膜区域，8 个 MdGLRs 蛋白有 4 个跨膜区域，1 个 MdGLRs 蛋白有 5 个跨膜区域，1
个 MdGLRs 蛋白有 6 个跨膜区域。缺失 M2 保守域的 MdGLR3.14 在第 643 个氨基酸后没有跨膜结
构，M3 保守域结构不完整的 MdGLR2.2、MdGLR3.5 和 MdGLR3.13 在不完整的氨基酸区域没有形
成跨膜区域。MdGLRs 的跨膜位置多位于 500 到 800 个氨基酸之间，该区域也是保守结构域比较集
中的区域，所以，跨膜区域与保守域相互对应，即保守域中的氨基酸集合起来形成跨膜区域。

表 3 MdGLRs 蛋白的跨膜区域预测
Table 3 Prediction of the Transmembrane regions of MdGLRs proteins
亚组分类 Subfamily type 蛋白 Protein 跨膜位置 Transmembrane positions 跨膜数 Transmembrane number
Ⅰ MdGLR1.1 515 ~ 537，579 ~ 601，750 ~ 772 3
MdGLR1.2 521 ~ 543，585 ~ 607，756 ~ 778 3
Ⅱ MdGLR2.1 530 ~ 552，590 ~ 612，778 ~ 800 3
MdGLR2.2 530 ~ 552，757 ~ 779 2
MdGLR2.3 479 ~ 501，539 ~ 561，727 ~ 749 3
MdGLR2.4 492 ~ 514，552 ~ 574，740 ~ 762 3
MdGLR2.5 482 ~ 504，542 ~ 564，727 ~ 749 3
MdGLR2.6 449 ~ 471，509 ~ 531，693 ~ 715 3
MdGLR2.7 481 ~ 503，541 ~ 563，728 ~ 750 3
MdGLR2.8 7 ~ 29，596 ~ 618，652 ~ 674，844 ~ 866 4
MdGLR2.9 568 ~ 590，635 ~ 657，825 ~ 847 3
MdGLR2.10 603 ~ 625，663 ~ 685，859 ~ 881 3
MdGLR2.11 7 ~ 29，592 ~ 614，652 ~ 674，859 ~ 881 4
MdGLR2.12 7 ~ 29，592 ~ 614，652 ~ 674，838 ~ 860 4
MdGLR2.13 12 ~ 34，580 ~ 602，636 ~ 658，829 ~ 851 4
MdGLR2.14 7 ~ 29，616 ~ 638，672 ~ 694，848 ~ 870 4
MdGLR2.15 641 ~ 663，699 ~ 721，880 ~ 902 3
MdGLR2.16 505 ~ 527，565 ~ 587，737 ~ 759 3
Ⅲ MdGLR3.1 584 ~ 606，651 ~ 673，831 ~ 853 3
MdGLR3.2 584 ~ 606，667 ~ 689，843 ~ 865 3
MdGLR3.3 24 ~ 43，251 ~ 268，565 ~ 584，628 ~ 650，802 ~ 824 5
MdGLR3.4 602 ~ 624，663 ~ 685，847 ~ 866 3
MdGLR3.5 626 ~ 648，832 ~ 854 2
MdGLR3.6 5 ~ 24，547 ~ 566，604 ~ 626，786 ~ 808 4
MdGLR3.7 600 ~ 619，658 ~ 680，841 ~ 863 3
MdGLR3.8 7 ~ 29，596 ~ 618，657 ~ 679，840 ~ 862 4
MdGLR3.9 569 ~ 591，612 ~ 634，789 ~ 811 3
MdGLR3.10 600 ~ 622，639 ~ 661，676 ~ 698，676 ~ 698，711 ~ 733，889 ~ 911 6
MdGLR3.11 601 ~ 623，644 ~ 666，821 ~ 843 3
MdGLR3.12 601 ~ 623，642 ~ 664，684 ~ 706，861 ~ 883 4
MdGLR3.13 540 ~ 562，733 ~ 755 2
MdGLR3.14 13 ~ 35，557 ~ 579，621 ~ 643 3
432 园 艺 学 报 39 卷
2.4 二级结构及结构功能域的预测与分析
蛋白质二级结构预测是联系蛋白质一级结构和三级结构的纽带，可以用于全新蛋白质的设计或
蛋白质突变的设计，有助于确定蛋白质空间结构与功能的关系（王志新，1998；赵国屏，2002）。利
用 SOPMA 程序预测结果表明，MdGLRs 家族 32 个成蛋白的二级结构都是以 α–螺旋（Alpha helix）、
无规则卷曲（Random coil）、折叠延伸链（Extended strand）和 β–转角（Beta turn）组成。其中以
α–螺旋、无规则卷曲、折叠延伸链为主，超过 90%，而 β–转角少于 10%。结构功能域是蛋白质亚
基结构中介于蛋白质二级与三级结构之间的一种独立结构和功能单位。用 SMART 预测结果表明，
MdGLRs 蛋白由膜结构组成，内部含有一个 PBPs（Eukaryotic homologues of bacterial periplasmic
substrate binding proteins）结构域，预测此结构域具有外源谷氨酸门控离子通道活性，当外源谷氨酸
绑定到离子通道复合体时，通道开放，催化离子的跨膜转运。另外，PBPs 结构域前面有一个组成较
简单的低复杂性区域，后面有一个横跨膜区域。
2.5 亚细胞定位预测
用蛋白亚细胞定位预测工具 PSORT 分析结果见表 4。

表 4 MdGLRs 蛋白的亚细胞定位预测
Table 4 Prediction of the sub-cellular localization of MdGLRs proteins
亚组分类
Subfamily
type
蛋白
Protein
内质网
Endoplasmic
reticulum
质膜
Plasma
membrane
线粒体
Mitochondrial
液泡
Vacuolar
分泌小泡
Vesicles of
secretory
system
高尔基体
Golgi
其它
Others
细胞质
Cytoplasmic
细胞骨架
Cytoskeletal
细胞核
Nuclear
MdGLR1.1 44.4 33.3 11.1 11.1 Ⅰ
MdGLR1.2 44.4 22.2 11.1 11.1 11.1
MdGLR2.1 39.1 21.7 21.7 4.3 4.3 4.3 4.3
MdGLR2.2 34.8 21.7 21.7 4.3 4.3 4.3 4.3 4.3
MdGLR2.3 17.4 47.8 4.3 13.0 4.3 4.3 8.7
MdGLR2.4 17.4 52.2 4.3 13.0 4.3 4.3 4.3
MdGLR2.5 44.4 22.2 11.1 11.1 11.1
MdGLR2.6 21.7 47.8 4.3 13.0 4.3 4.3 4.3
MdGLR2.7 44.4 33.3 11.1 11.1
MdGLR2.8 21.7 47.8 4.3 13.0 4.3 4.3 4.3
MdGLR2.9 33.3 22.2 11.1 11.1 11.1 11.1
MdGLR2.10 34.8 26.1 17.4 4.3 4.3 4.3 8.7
MdGLR2.11 43.5 26.1 13.0 4.3 4.3 4.3 4.3
MdGLR2.12 39.1 30.4 13.0 4.3 4.3 4.3 4.3
MdGLR2.13 55.6 22.2 11.1 11.1
MdGLR2.14 39.1 30.4 13.0 4.3 4.3 4.3 4.3
MdGLR2.15 44.4 11.1 33.3 11.1
Ⅱ
MdGLR2.16 33.3 22.2 22.2 11.1 11.1
MdGLR3.1 44.4 33.3 11.1 11.1
MdGLR3.2 52.2 17.4 13.0 4.3 4.3 4.3 4.3
MdGLR3.3 55.6 22.2 11.1 11.1
Ⅲ
MdGLR3.4 43.5 26.1 13.0 4.3 4.3 4.3 4.3
MdGLR3.5 55.6 11.1 11.1 11.1 11.1
MdGLR3.6 44.40 22.2 11.1 11.1 11.1
MdGLR3.7 55.60 11.1 22.2 11.1
MdGLR3.8 47.80 30.4 4.3 4.3 4.3 4.3
MdGLR3.9 39.10 21.7 17.4 4.3 4.3 4.3 8.7
MdGLR3.10 44.40 33.3 11.1 11.1
MdGLR3.11 55.60 22.2 11.1 11.1
MdGLR3.12 66.70 11.1 11.1 11.1
MdGLR3.13 34.80 17.4 21.7 4.3 4.3 4.3 4.3 8.7
MdGLR3.14 34.80 21.7 21.7 4.3 4.3 4.3 4.3 4.3
注：其它包括细胞外（包括细胞壁）；数据代表在各组织中所占比例。
Note：Others include extracellular（includes cell wall）；Data represents the proportions in organizations.
3 期 罗 华等：苹果 MdGLRs 家族基因生物信息学鉴定和表达分析 433

MdGLRs 蛋白在大部分亚细胞结构（如内质网、质膜、线粒体、液泡、分泌小泡、高尔基体、
细胞质等）均有分布，尤其是内质网、质膜、线粒体和高尔基体，多数 MdGLRs 蛋白成员均被预测
定位其中。
2.6 MdGLRs 家族基因在不同营养生长器官的表达情况分析
在 32 个 MdGLRs 家族成员中，选择了 16 个基因进行表达分析，检测它们在苹果根、茎和叶中
的表达水平。结果表明，亚家族Ⅰ中的 MdGLR1.1 在叶中高水平表达，在茎中表达水平非常低，而
根中几乎检测不到。在 9 个亚家族Ⅱ基因中，除 MdGLR2.5 和 MdGLR2.7 外，其余均在根中有表达，
在茎中，所有 9 个亚家族Ⅱ基因都有表达，MdGLR2.16 在叶中没有表达，其他基因成员则在叶中均
有表达，且表达水平远高于根和茎中的表达。在亚家族Ⅲ的 6 个基因中，MdGLR3.6 在根中没有检
测到表达，在茎中有微量表达，而在叶中高水平表达；其它 5 个基因中在根、茎和叶中均有表达，
但在叶中的表达水平比根和茎高。
因此，在同一个亚家族基因中，各个成员基因的表达情况是有差异的，不同基因在不同器官中
的表达差异，可能是其在功能上的差异所导致，这还需要进一步的探讨。

图 3 MdGLRs 家族在苹果不同营养器官中的表达分析
Fig. 3 Expression analysis of MdGLRs genes in different vegetative organs
3 讨论
动物 iGluR 作为中枢神经重要的 Ca2+通道，介导了大脑中多数的兴奋性神经传递。植物中由于
没有神经系统，但在植物体中会产生许多动物 iGLuRs 激动剂，如海人藻（Digenea simplex）合成
的红藻氨酸、使君子（Quisqualis indica）种子中的使君子酸、苏铁（Cycas revoluta Thunb）产生的
β–N–甲基–氨基–L–丙氨酸和鹰嘴豆（Cicer arietinum Linn.）中的 β–N–草酰氨基–L–丙氨酸等，
这些物质与动物的神经疾病相关联（Adams & Swanson，1996）。植物能够产生这些神经毒素来抵御
动物的食草性。进一步思考，这些结构同源的 GLRs 在植物中的具体生理作用是什么，它们是否如
动物 iGluR 一样具有氨基酸调控的离子通道功能，植物 GLRs 如何参与植物体内的代谢网络等都将
成为今后研究的重点。
基于计算机程序的预测分析发现，大多数 AtGLRs 定位在内分泌途径中，然而，由于植物细胞
434 园 艺 学 报 39 卷
中 GFP-GLR 融合蛋白的表达并不成功（Davenport，2002），关于 GLRs 在内分泌途径中的加工过程
及亚细胞定位了解的很少。部分 AtGLRs 与动物 iGLuRs 中的 NMDAR 都有一个 N 端信号肽序列（Li
et al.，2006），它与细菌的 PBP 相似，被认为在细胞蛋白运输、迁移、降解中起作用（Kato et al.，
2005）。利用 GFP-GLR3.1 融合蛋白检测 OsGLR3.1 是否定位于内分泌途径并没有成功（Li et al.，
2006）；将 EGFP 与水稻 OsGLR3.1 的 C 端融合后，在人 HEK293 细胞中表达，结果发现，
OsGLR3.1-EGFP 融合蛋白定位于内质网，而不是质膜（Li et al.，2006）。本研究利用亚细胞定位预
测工具 PSORT 进行分析，预测结果表明，多数 MdGLRs 蛋白可能定位于内质网、质膜、线粒体和
高尔基体等细胞器，与上述研究基本相符，MdGLRs 蛋白的亚细胞定位还需要进行生物学试验验
证。
拟南芥 AtGLRs 和 MdGLRs 蛋白含有与动物 iGluRs 相似的信号区域（Brenner et al.，2000），包
括 4 个跨膜区域和 2 个配体绑定区域（图 2）。苹果 MdGLRs 与拟南芥 AtGLRs 有共同的保守结构域，
推测可能在结构及参与植物体内的代谢网络上有一定的相似性。跨膜结构域是膜内蛋白与膜脂相结
合的主要部位，一般由 20 个疏水氨基酸残基组成，形成 α–螺旋，它固着于细胞膜上起“锚定”作
用（翟中和 等，2000）。从本研究中看出 MdGLRs 蛋白都是跨膜蛋白，且跨膜位置位于保守结构域。
跨膜结构域的预测和分析，对正确认识和理解蛋白质的功能、结构、分类、方位及细胞中的作用部
位等具有重要的参考价值。在 6 个保守结构域中，M1、M3 和 M4 是 3 个跨膜结构域，M2 没有跨
膜结构，它凹陷于细胞膜中，在行使通道功能如离子选择、离子渗透和离子电导中起重要作用，是
离子选择性渗透的结构基础（Dingledine et al.，1999）。本研究中发现，MdGLR3.9、MdGLR3.11 和
MdGLR3.13 缺失重要的 M2 保守域，可能影响其离子通道功能，但其具体功能等还有待进一步研
究。
有研究证明，拟南芥 AtGLRs 家族的 20 个基因在根中普遍表达（Roy et al.，2008），而本研究中
苹果的多个 MdGLRs（如 MdGLR1.1、MdGLR2.5、MdGLR2.7 和 MdGLR3.6 等）在根中都没有表达，
推测其 32 个 MdGLRs 中有些可能功能冗余。在拟南芥茎和叶中，除 AtGLR2.2、AtGLR2.3、AtGLR2.4
和 AtGLR2.6 没有表达外，其它都有不同程度的表达（Roy et al.，2008），这些基因都属于拟南芥的
亚家族Ⅱ，在苹果的亚家族Ⅱ中，也发现 MdGLR2.16 在叶中没有表达，而 MdGLR2.5 和 MdGLR2.7
在根中没有表达。在拟南芥中发现，AtGLR2.1 和 AtGLR2.9 在培养了 4 周的幼苗中有表达，而在培
养 8 周后不再表达（Chiu et al.，2002），表明这两个基因的表达可能随植株生长而下调，这对苹果
MdGLRs 的相关研究是一个借鉴。基因芯片分析结果表明，20 个 AtGLRs 均在成熟叶片的某个时期
表达（Zimmermann et al.，2004），这些结果对深入研究苹果 MdGLRs 的功能具有重要的参考价
值。
借鉴拟南芥 AtGLRs 基因在结构和相关生理功能等方面的研究结果，探索苹果 MdGLRs 在生长
发育和新陈代谢中的功能，是今后苹果相关研究的重要内容。

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