全 文 :第 19 卷 第 2 期
Vol. 19 No. 2
草 地 学 报
ACTA AGRESTIA SINICA
2011 年 3 月
M ar. 2011
东方山羊豆水通道蛋白基因的克隆及初步分析
吴晓静1, 2 , 王学敏2, 高洪文2* , Dzyubenko N ikolay3 , Chapurin V ladimir3 , 刘大林1
( 1. 扬州大学动物科学与技术学院, 扬州 225009; 2.中国农业科学院北京畜牧兽医研究所, 北京 100193;
3.俄罗斯瓦维洛夫全俄植物栽培研究所, 圣彼得堡 190000)
摘要: 根据已知 EST 片段结合 RT- PCR和 RACE 技术, 从东方山羊豆(Galega Or ientalis )中克隆到一个水通道蛋
白( AQP)基因, 命名为 GoAQP( GenBank 登录号: H M 803185)。测序和生物信息学分析表明, 此序列全长 1258
bp,开放读码框( ORF) 870 bp, 编码 289 个氨基酸。GoAQP 包含 MIP 家族信号序列 H INPAVT / SFG, 高等植物
PIP 高度保守序列 GGANXXXXGY 和 T GI/ TNPARSL / FGAAI/ V I/ VF / YN。与拟南芥 A QP 基因家族的系统进
化分析表明, GoAQP 属于 P IP1 亚型 AQP 蛋白。Rea-l T ime PCR检测结果表明, GoAQP 基因在根中表达量最高,
茎中表达量最少;且受 NaCl和 PEG 胁迫表达上调, NaCl表达呈双峰分布。因此 GoA QP 基因可能参与了东方山
羊豆耐盐性调控。同时成功构建超表达载体 pCAMBIA-1302-GoAQP ,为转基因验证基因功能创造了基础。
关键词:东方山羊豆; 水通道蛋白基因;表达分析; 表达载体构建
中图分类号: Q785 文献标识码: A 文章编号: 1007-0435( 2011) 02-0331-09
Cloning and Analysis of the Aquaporins Gene from Galega Orientalis
WU Xiao- jing
1, 2
, WANG Xue-m in
2
, GAO Hong-w en
2*
, Dzyubenko Niko lay
3
Chapurin Vladimir
3
, L IU Da-lin
1
( 1. College of An imal S cien ce an d T echnology, Yangzhou U nivers ity, Yangzhou, Jiangsu Province 225009, China;
2. Ins titute of Animal S cien ce, Chin ese Academy of Agricul tu re Sciences, Beijin g 100193, China;
3. N. I. Vavilov Al-l Rus sian Research Inst itute of Plant Indu st ry, S t. Petersburg 190000, Rus sia)
Abstract: Based on a deposited EST fragment , the ful-l leng th cDNA of one novel gene encoding aquaporin
had been cloned from Galega Orientalis using RT-PCR and RA CE techno logy . T he new gene w as identif ied
as the GoA QP gene and had been assigned GenBank accession number: HM 803185. Bio informat ics analy-
sis show ed that the ful-l length cDNA of this gene is 1258 bp including an 870-bp open reading f rame
( ORF) , w hich encodes a pr otein of 289 amino acids. GoAQP pro tein po ssesses the conserv ed M IP fam ily
signal sequence H INPAV T/ SFG, the highly conserved sequence of the higher plant GGANXXXXGY and
TGI/ TNPARSL/ FGAAI/ V I/ VF/ YN. Compared to the A QP family f rom Arabidopsis thaliana, phylog e-
netic analy sis indicated that GoAQP belong to PIP1 subfam ily . Rea-l T ime PCR results revealed that ex-
pression of GoA QP was the most abundant in root and the least in stem . The expression level of GoAQP in
leaves w ere increased w ith NaCl and PEG stress, and show ed a bimodal distr ibution pattern in N aCl t reat-
ment . T his suggested that GoA QP might be involved in the manipulat ion of salt to lerance of Galega Orien-
tal i s. T he expression plasm id pCAMBIA-1302-GoA QP was const ructed for the further gene funct ion ana-l
y sis using the t ransgenic technolog y.
Key words: Galega Or iental i s; A quapor in; Expr ession analysis; Recombinant expression plasmid
水通道蛋白( Aquaporin, AQP)是指细胞膜上
能选择性地高效转运水分子的膜内在蛋白[ 1] 。1988
年, Ag re等最先从人红细胞质膜中分离得到水孔蛋
白 CH IP28,即 AQP1[ 2]。1992 年他们在爪蟾( X e-
nop us)卵母细胞表达系统中对所得蛋白质进行功能
鉴定,第一次从分子水平证实细胞膜上存在蛋白质
介导的水分跨膜转运[ 3] 。1993年, M aur el等[ 4] 从拟
南芥 ( A rabidop si s thaliana )中分离得到第一个植
收稿日期: 2010-11-15;修回日期: 2011- 03-01
基金项目:现代农业产业技术体系建设专项资金;中国农业科学院基本科研业务费( 2011c-j 16) ;十二五科技支撑( 20011BAD17B01)资助
作者简介:吴晓静, ( 1985- ) ,女,内蒙古包头人, 硕士研究生,主要研究方向为牧草种质资源与育种, E-m ail: xiaojing_wu09@ yahoo. com .
cn; * 通讯作者 Author for correspondence, E-mail: gaohongw en@ 263. n et
草 地 学 报 第 19卷
物水孔蛋白 -TIP。迄今,已在真细菌、古生菌、真
菌、动物和植物等几乎所有生物中发现 AQP [ 5]。
AQP 的发现改变了人们对于水分进出细胞膜是通
过自由扩散的传统看法, 为从分子水平认识和阐明
细胞内水分运输及其调控机制奠定了基础。
水通道蛋白属于古老的通道蛋白 M IP( M em-
brane int rinsic pr otein)成员, 是由多基因家族编码
的。在拟南芥中已发现 35个基因编码 AQP[ 6] , 在
玉米( Zea may s )中已检测到 36个 [ 7] , 在水稻( Ory-
z a sat iv a)中有 33个[ 8]。最近在非维管束植物球蒴
藓( Phy scomi tr el la patens )中发现 23 个基因编码
水通道蛋白[ 9]。根据水通道蛋白的亚细胞定位, 结
合序列同源性大致分为 4 种类型: 质膜内在蛋白
PIP ( P lasma int rinsic proteins) 、液泡膜内在蛋白
TIP ( Tonoplast int rinsic pro teins) 、类结瘤蛋白
NIP ( N OD26-like int rinsic pro teins) 及小碱性膜内
蛋白 SIP ( Small and basic int rinsic pro teins) [ 6, 7]。
植物水通道蛋白可以在植物体内形成水选择性
运输通道,在植物种子萌发、细胞伸长、气孔运动、受
精等过程中调节水分的快速跨膜运输[ 10] 。还能够
通过转运中性小分子甘油 [ 11]、H 2 O 2 [ 12]、尿素 [ 13]、
NH 3
[ 14]、CO 2 [ 15]等,参与植物的一系列重要生理过
程,如光合作用、营养物质的吸收以及细胞信号转导
和胁迫应答反应。因此, 水通道蛋白在植物应对水
分不足的响应机制中起着重要作用。Yamaguch-i
Shinozaki等[ 16] 及 Yamada等 [ 17]发现拟南芥质膜内
在蛋白( P IP)基因 RD28及烟草质膜内在蛋白基因
N eMip 2和 N eM ip 3 在干旱条件下表达增多。相
反, Yamada 等[ 18] 发现冰晶松叶菊 ( M esembryan-
themum cr y stall inum )的 MIPA 基因在盐胁迫下表
达量减少。Grote等 [ 19]报告了拟南芥质膜内蛋白基
因 PIP 1a表达量在胁迫条件下没有发生明显改变。
由此可见,水分胁迫条件下,不同的水通道蛋白表现
出不同的调节模式。
东方山羊豆( Galega Or ientali s )为多年生豆科
草本植物,具有比紫花苜蓿(M edicago sat iv a)利用
年限长、春季返青后长势快、产量高、营养物质(粗蛋
白)含量高以及家畜采食不易发生鼓胀病并促进奶
牛泌乳等优点[ 20~ 23] 。加拿大一项研究表明,东方山
羊豆可以鲜草、青贮、干草、窖藏半干草及脱水粒状
物等形式成为紫花苜蓿的替代物[ 22] 。但在西北等
盐碱地和干旱地区, 其推广种植受到了很大的限制,
所以有必要对其进行基因改良, 提高其耐盐性及耐
旱性,为其在我国西北盐碱干旱地区的种植提供依
据和参考。
1 材料与方法
1. 1 材料
东方山羊豆和 pCAMBIA1302 载体由中国农
业科学院北京畜牧兽医研究所牧草资源研究室提
供。cDNA Synthesis Kit , silica Bead DNA Gel Ex-
tract ion Kit购自 Fermentas公司; T4 DNA 连接酶
购自 Pr omega 公司; 克隆载体 pMD 18-T、T aq 酶、
限制性内切酶购自 TaKaRa 公司; T rizol 购自 In-
vit rog en公司; SMART TM RACE cDNA Amplif ica-
t ion Kit购自 Clontech 公司; E. coli DH5购自北
京天根生化科技有限公司。
1. 2 试验方法
1. 2. 1 RNA 提取及反转录
将种子氯气消毒 24 h后播种于铺有滤纸的培
养皿上,置于光照培养箱中培养至种子发芽,将发芽
后的种子移至花盆(蛭石珍珠岩= 31)中继续培
养 30 d,幼苗用浓度 250 mmol L - 1NaCl处理 8 h
后, 用 Trizo l 法提取总 RNA, 参照 SMART TM
RA CE cDNA Amplif ication Kit 说明书反转录 cD-
NA。幼苗培养同上, 用浓度 250 mmol L- 1 NaCl、
20% PEG溶液分别处理 0, 2, 4, 8, 12 和 24 h, T r-
izol法提取处理后幼苗叶的 RNA 及未处理幼苗的
根、茎、叶 RNA, 并进行反转录, 用于后续 Rea-l
T ime PCR检测。
1. 2. 2 GoAQP 基因克隆
根据已知 GoAQP 的 EST 序列(由东方山羊豆
盐胁迫下抑制差减杂交文库提供)设计 3 RACE 引
物 P 1和 5 RA CE 引物 P2 (表 1)扩增目的基因的 3
和 5端序列。利用 DNAMAN 软件拼接得到 cD-
NA 序列全长,之后利用 NCBI 中的 ORF Finder(ht-
tp: / / www. ncbi. nlm. nih. gov/ gorf/ gorf. html)软件预测
其可能开放阅读框。根据预测得到的开放阅读框,
设计合成一对特异引物 P3和 P4 (表 1) ,以东方山羊
豆 250 mmo l L- 1 NaCl处理 8 h 后得到的 cDNA
为模板扩增开放阅读框, 构建重组质粒 GoAQP-
pMD18-T,转化 E. col i DH5感受态细胞, 进行菌
体 PCR检测, 阳性克隆送上海英俊生物技术公司
测序。
1. 2. 3 GoA QP 基因编码的蛋白的理化性质和生
物信息学分析
根据1. 2. 2中得到的开放阅读框, 用 DNA Star
6. 13软件翻译出蛋白序列,对蛋白等电点和分子量
进行预测。应用软件 MEGA 4. 1 通过邻近法
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第 2期 吴晓静等:东方山羊豆水通道蛋白基因的克隆及初步分析
( Neighbor-Jo ining, NJ) 构建进化树。运用瑞士生
物信息学研究所网站 ( http: / / us. expasy. org / )
Scan Pro site在线软件对蛋白功能位点进行预测分
析,运用 Pr ot Scale 软件对蛋白疏水性进行预测分
析,运用 SOPMA 软件预测蛋白二级结构, 运用
T MHMM 软件对蛋白进行跨膜结构分析, 运用
SignalP 3. 0 Server 进行蛋白信号肽分析。运用
SMART ( ht tp: / / smart. emb-l heideiberg . de/ )软件
对蛋白结构域进行预测。
表 1 试验中使用到的引物序列
Table 1 Sequence of pr imers used in the experiment
引物名称 Nam e of primer 引物序列( 5 3 ) S equence of prim er( 5 3)
P1 T T GT CT ACACCGTT TT CT CAGCCACCG
P2 CCATCACCAACGCACGCACCACC
P3 ACA AGAGAGTGT GAAAA ATGGAAGC
P4 CGCACGCACCACCT AAT AAAATAT
P5 GAGCCAT TCCT T TCAAAT CCAG
P6 CAACGCACGCACCACCT AA
P7 GGACAAGTT AT C ACCAT CGG
P8 T CAGCAAT ACCTGGAAACATAG
P9 CAT GCCATGGT AATGGAAGCAAAGGAACAAGATGT T
P10 GGACT AGT ACT GGAT TT GAAAGGAAT GGCT CT G
1. 2. 4 Real T ime PCR
以 GoAQP 基因的 cDNA 全长序列为模板, 设
计定量 PCR引物 P5和 P6 (表 1) ,以东方山羊豆 A c-
tin基因为内参基因, 设计引物 P7和 P8 (表1)。按照
Takar a SYBR Prem ix Ex T aqT M ( Perfect Real
T ime)试剂盒说明, 使用 7500 实时定量 PCR 仪
( Applied Biosy stems 7500) 进行 Real T ime PCR,
每个反应 4 个重复。PCR 程序为: 95 预变性 30
s; 95 5 s, 60 34 s, 40个循环,反应结束后确认
Real T ime PCR的扩增曲线和融解曲线, 进行相对
定量分析。
1. 2. 5 GoA QP 基因超表达载体构建
根据得到的 GoA QP 基因的 ORF 序列设计分别
带有 Nco 和 Sp e 酶切位点的引物 P9和 P10 (表 1) ,
以反转录 cDNA为模板进行 PCR反应,构建重组质
粒pMD18T-GoAQP, 将重组质粒转化 E. coli DH5
感受态细胞,涂布于 LB固体培养基( 100 mg L - 1氨
苄青霉素) , 37 倒置培养过夜, 进行菌体 PCR检
测,阳性克隆送上海英俊生物技术公司测序。
将质粒 pMD18T-GoA QP 和植物表达载体
pCAMBIA1302分别用 N co / S p e 双酶切后, 通
过 T4连接酶连接,得到 pCAMBIA1302-GoA QP 重
组质粒,转化后涂布于 LB固体培养基( 50 mg L - 1
卡那霉素) , 37 倒置培养过夜, 采用菌液 PCR 与
N co / S p e 双酶切的方法验证表达载体是否构建成
功( 图 1)。菌液 PCR 引物序列为: 1302-F: 5-
GAT GACGCACAATCCCACT-3 ( 位 于 pCAM-
BIA1302载体的 35S 启动子区) ; 1302-R: 5-TA T-
GT TGCATCACCTT CACCC-3 ( 位 于 pCAM-
BIA1302载体 GFP 蛋白区)。
2 结果与分析
2. 1 目的基因全长序列的获得
采用 RACE 法得到 3 和 5片段长度分别为
610 bp和 1113 bp(图 2)。用 DNA MAN 软件拼接
得到总长度为 1258 bp的全长 cDNA 序列。以 cD-
NA 序列为模板,用引物 P3和 P4扩增得到 870 bp
的开放阅读框( ORF) (图 3) ,此开放阅读框编码 289
个氨基酸(图 4)。
2. 2 GoAQP基因编码蛋白的预测和序列分析
利用 DNA Star 6. 13软件预测 GoAQP 基因编
码蛋白的等电点( PI)为 8. 249, pH 为 7. 0时电荷为
2 990,分子量为 30. 9 KDa, 碱性氨基酸( K 和 R) 22
个,酸性氨基酸( D和 E) 20个,疏水氨基酸( A, I, F,
W, V) 130个,极性氨基酸( N, C, Q, S, T , Y) 57个。
利用 N CBI 的 Blast P 在蛋白保守区数据库
( Conser ved domain database, CDD) 对 GoAQ P 进
行蛋白保守区预测, 结果显示 GoAQP 有 1个 M IP
( Major int rinsic pro tein superfam ily ) 保守区。
GoAQP 的氨基酸残基在 M IP 匹配区内与 M IP 蛋
白保守区序列完全一致, 可以推测 GoA QP 基因是
水通道蛋白基因家族的一员。通过在 N CBI 数据库
Blast P 搜索进行序列相似性分析表明, GoA QP 蛋
白与已知的其他植物水通道蛋白 PIP1 具有极高的
同源性, 与菜豆 ( Phaseolus vulgar is ) PIP1同源性
333
草 地 学 报 第 19卷
为 92% ,与蒺藜苜蓿( Med icao tr untula) PIP1 同源
性为 91. 7% ,与含羞草( Mimosa pudica) P IP1同源
性为 89. 3%, 与白蜡树 ( Fr ax inus chinensi s ) P IP1
同源性为 87. 4% , 与玉米 PIP1 同源性为 85. 4%。
通过构建 GoAQ P 的氨基酸序列与拟南芥 AQP 家
族氨基酸序列的系统进化树, 表明 GoAQP 属于质
膜内蛋白 PIP 类型(图 5)。
利用瑞士生物信息学研究所网站 ( ht tp: / / us.
expasy. o rg/ ) ScanProsite 软件对蛋白序列进行保
守序列分析,表明该蛋白具有 MIP 家族典型的保守
氨基酸序列 HINPAVT FG (图 4)。氨基酸序列分
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第 2期 吴晓静等:东方山羊豆水通道蛋白基因的克隆及初步分析
析表明, GoAQP 不但具有 M IP 的信号序列 HIN-
PAV T/ SFG,还含有植物质膜水通道蛋白 C环和E
环 的 特 征 序 列 GGANXXXXGY 和 T GI/
TNPARSL/ FGAAI/ VI/ VF/ YN,在第 1和第 4 跨
膜区还均具有与水通道形成有关的高度保守的
EXXXXT XXF/ L 单元(图 4) ; 运用 Pro tScale 软件
分析 GoAQP 蛋白的亲水性/疏水性,结果显示其大
部分区域为亲水区(图 6) ; 运用 SOPMA 软件预测
GoA QP 蛋白二级结构,结果表明 GoAQP 蛋白包含
有大量 螺旋和不规则卷曲 (图 7) , 其中, 螺旋
31. 14% ,折叠 20. 76% , 转角 2. 08%, 不规则卷
曲 46. 02%。运用 TMHMM 软件对 GoAQP 进行
跨膜结构分析,其膜螺旋中氨基酸期望值高达 129.
14019, 表明它极可能为一个跨膜蛋白, 且具有水通
道蛋白典型的 6个跨膜区(图 8) ,进一步说明该蛋
白属于水通道蛋白基因家族一员;利用 SignalP 3. 0
Server进行信号肽分析后发现 GoAQP 无信号肽。
图 4 GoAQP基因全长核苷酸序列及推测的氨基酸序列
F ig. 4 ORF sequence and its deduced amino acid sequence of GoA QP gene
注:阴影部分表示 MIP 家族信号;与水通道蛋白形成有关的高度保守单元用下划线表示;加粗部分为植物质膜水通道蛋白的特征序列
Note: Signal consensus s equence of MIP family w as indicated by sh adow ; highly con sen sus sequen ce ab out the format ion of AQP w ere un-
derlined; typical consensus s equen ce of PIP w ere bold
2. 3 GoAQP 基因在不同组织中表达特异性
利用 Rea-l T ime PCR,根据得到的 Ct值, 运用
2
- Ct方法计算 GoA QP 基因在根、茎、叶中相对表
达量。以东方山羊豆根中 GoAQP 基因的表达量为
对照,比较结果表明根中表达量最高; 叶次之, 是对
照的 97%;茎中表达量最少,是对照的 46%(图 9)。
2. 4 盐胁迫下 GoAQP基因的表达特性
以250 mmol L- 1 NaCl处理 0 h 为对照, 分析
不同处理时间下 GoAQP 基因的表达差异。结果表
明, GoAQP 基因受 NaCl诱导表达上调, 且表达随时
间呈双峰分布。8 h时达到第 1次表达高峰, 表达量
为对照的8. 38倍, 24 h时达到第 2次高峰,为对照的
7. 68倍。第 2次高峰峰值低于第1次高峰(图 10)。
2. 5 PEG胁迫下 GoAQP基因的表达特性
以 20%PEG处理 0 h为对照, 分析 PEG 处理
不同时间下 GoA QP 基因的表达差异。结果表明,
GoA QP 基因受 PEG 诱导的时间越长, GoA QP 基
因的表达量越高, 24 h时达到最大值, 为对照的 88.
41倍(图 11)。
2. 6 Go AQP 基因超表达载体的构建
用N co / Sp e 双酶切质粒pMD- GoAQP和
335
草 地 学 报 第 19卷336
第 2期 吴晓静等:东方山羊豆水通道蛋白基因的克隆及初步分析
图 8 GoAQP 基因跨膜区域分析
Fig. 8 Analy sis o f prediction of t ransmembrane helices of GoA QP
pCAMBIA1302载体(图 11) , 纯化,回收,连接后得
到植物超表达载体 pCAMBIA 1302-GoA QP。对获
得的单克隆进行 PCR检测(图 12)和 N co / S p e
双酶切检测(图 13) ,阳性克隆送上海英俊生物技术
公司测序。结果表明 GoA QP 基因已经正向插入到
植物表达载体 pCAMBIA1302中。
337
草 地 学 报 第 19卷
3 讨论
本研究得到东方山羊豆 GoA QP 基因的全长
cDNA 序列。对 GoAQ P 氨基酸序列分析后发现该
蛋白具有 MIP 家族典型的保守氨基酸序列 HIN-
PAVT/ SFG,并含有植物质膜水通道蛋白 C 环和 E
环的特征序列 GGANXXXXGY 和 TGI/ TNPARSL/
FGAAI/ VI/ VF/ YN,在第 1和第 4 跨膜区都具有
与水通道形成有关的高度保守的 EXXXXTXXF/ L
单元。Urban将已获得的 35个拟南芥 AQP 蛋白,
根据其序列同源性, 划分为 4 个亚类, 包括 PIPs,
TIPs, NIPs 和 SIPs[ 6]。将 GoAQP 蛋白与已知的拟
南芥 AQP 家族蛋白用 MEGA 4软件构建进化树,
发现其与拟南芥质膜内在蛋白 PIP1类型聚为一个
分支。表明本研究克隆的 GoAQP 基因是 AQP 家
族中 PIP1类的一个成员。
利用Rea-l T ime PCR 方法检测了 GoA QP 基因
在东方山羊豆中的组织表达特异性。GoAQP 基因
在根、茎、叶中均有表达,在根中表达量最高,茎中表
达量最少。GoA QP 基因受NaCl胁迫表达上调, 8 h
时达到最高峰, 随后表达下调, 24 h 时达到第 2次
高峰。但第 2次高峰低于 8 h时的表达量。这一结
果可能是因为 GoAQP 基因在盐处理下大量表达以
促进水分的运输,调节植物体内平衡。随后在长时
间的盐处理下通过对其自身表达量的关闭限制植物
体内水分流失,维持水分平衡,这也符合 Qing[ 24] 提
出的高浓度渗透溶质控制 AQPs 开关的机制可能
是内聚力/张力模式。依据这个模式理论,渗压剂被
排出通道,引起通道孔内的负压力(张力) ,进而导致
蛋白变形,最终使通道关闭,增加植物对胁迫因子的
耐受能力。利用 20%PEG 处理模拟干旱生理环境,
结果表明 GoA QP 基因受 PEG胁迫表达上调, 24 h
达到高峰。这可能是植物在水分缺失的情况下通过
水通道蛋白的大量表达来提高水分的运输效率, 降
低干旱对自身的伤害。
资料表明水通道蛋白与植物响应水分胁迫有
关,但对不同的水分胁迫响应机理不尽相同,同一胁
迫不同基因也不相同。在 NaCl 胁迫下, 萝卜( Ra-
phanus sativus )根中 RsPIP2-1表达水平上调 [ 25] ,大
麦( H or deum vulg ar e ) 根中 HvPIP2; 1 的表达下
调, 而 H vPIP1; 3和 HvPIP1; 5 的表达几乎不受影
响[ 2 6]。在烟草( N icot iana tabacum )中超量表达拟
南芥 PIP1b, 转基因烟草对盐胁迫更敏感 [ 27]。这可
能是不同植物在盐胁迫下的应答机理不同所致。一
方面是水通道蛋白表达上调使得膜对水分子的通透
性加强, 于是增加水分的获取量。另一方面可能是
膜上水通道蛋白的表达量越高, 水分丢失的可能性
也就越强,因此在水分胁迫下水通道蛋白表达关闭。
吴安慧等 [ 28] 发现水分亏缺条件下, 玉米抗旱的 F1
代和母本根系中 ZmP IP1-1 表达量都较正常供水
条件下显著增加。Lian等 [ 29] 和 Yu 等[ 30] 报告了水
通道蛋白有助于植物在受干旱胁迫时吸收和运输水
分,即开源过程。综上所述, GoA QP 基因可能在
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第 2期 吴晓静等:东方山羊豆水通道蛋白基因的克隆及初步分析
东方山羊豆在水分胁迫中起到调控作用。
本试验成功构建了 GoA QP 基因的超表达载体
pCAMBIA1302-GoA QP ,为进一步研究 GoAQP 基
因在逆境胁迫下的功能及其调控奠定基础。
参考文献
[ 1] M aur el C, Verdou cq L, Luu D T, et al . Plan t aquaporins:
m emb rane chan nels w ith mul tiple integrated function s [ J ] .
Annual Review of Plant Biology, 2008, 59: 595- 624
[ 2] Denker B M, Smith B L, Kuhajda F P, e t al . Ident ificat ion,
pu rifi cat ion, an d part ial characterization of a n ovel M , 28, 000
in tegral m emb rane pr otein f rom erythrocytes and renal tubules
[ J] . Journal of Biological Chem ist ry, 1988, 263 ( 30 ) : 15634-
15642
[ 3] Preston G M, C arroll T P, Gu ggino W B, e t al . Appearan ce of
w ater channels in X enop us oocytes expressing red cell CH IP28
p rotein [ J] . S cience, 1992, 256( 5055) : 385-387
[ 4] M aur el C, Reiz er J, S chroeder J I, et al . Th e vacuolar mem-
brane pr otein -T IP creates w ater specif ic chan nels in X enop us
oocytes [ J] . EMBO, 1993, 12( 6) : 2241-2247
[ 5] Ludew ig U , Dynow ski M . Plant aqu aporin select ivity: w here
t ransp ort ass ays , computer s imulat ions and physiology meet
[ J ] . Cellular an d M olecular Life Sciences, 2009, 66( 19) : 3161-
3175
[ 6] U rban Joh anson, Maria Karlss on, Ingela Johansson, et al .
T he com plete set of genes encoding m ajor int rin sic protein s in
A r abidop sis provides a f ram ew ork for a new nomenclature for
m ajor int rins ic protein in plan ts [ J ] . Plant Phy siology, 2001,
126 ( 8) : 1358-1369
[ 7] C haum ont F, Barrieu F, Wojcik E, et al . Aquaporins const-i
tute a large and highly divergen t protein family in maize[ J] .
Plant Ph ysiology, 2001, 125: 1206-1215
[ 8] S akurai J, Ishik aw a F, Yamaguchi T , et al . Id ent if ication of
33 ri ce aquap or in genes and analys is of th eir exp ress ion and
function [ J] . Plant & Cell Physiology, 2005, 46: 1568- 1577
[ 9] Dan iels on J A H, Joh anson U. Unexpected complexity of th e
aquaporin gene family in th e mos sPhyscomit re lla p atens [ J] .
BMC Plant Biology, 2008, 8: 45
[ 10] 于秋菊,吴绮,林忠平. 植物水孔蛋白研究进展[ J ] .北京大学
学报(自然科学版) , 2002, 38( 6) : 855-866
[ 11] S chuu rman s J A, van Dongen J T, Ru t jens B P W, et al .
M embers of the aquap orin fam ily in the d eveloping p ea seed
coat inclu de representat ives of th e PIP, TIP, and NIP sub fam-
ilies [ J] . Plan t Molecular Biology, 2003, 53( 5) : 655-667
[ 12] Bienert G P, M ller A L, Krist iansen K A, et al . Specif ic
aquaporins facil itate the diffusion of h ydrog en peroxide across
m emb ranes [ J ] . J ournal of Biological Chemist ry, 2007, 282
( 2) : 1183-1192
[ 13] Liu L H , Ludewig U, Gass ert B, et al . Urea t ran sport by n-i
t rogen-regulated ton oplas t int rin sic proteins in A r abidop sis
[ J ] . Plant Phy siology, 2003, 133( 3) : 1220-1228
[ 14] H olm L M, Jah n T P, M ller A L, e t al . NH 3 and NH 4 per-
m eab ilit y in aquaporin-ex pres sing X enopu s ooc yt es [ J ] .
Pf lugers Archiv: European Journal of Phy siology, 2005, 450
( 6) : 4l5- 428
[ 15] Uehlein N, Lovis olo C, S ief rit z F, e t al . T he tobacco aqua-
porin N tAQP1 is a mem brane CO2 pore w ith physiological
funct ions [ J] . Natu re, 2003, 425( 6959) : 734-737
[ 16] Yam aguch-i S hinozaki K, Koizumi M , U rao S, e t al . Molecu-
lar cloning and characteri zat ion of 9 cDNAs for genes that are
responsive to desiccat ion in A rabidop si sthaliana: sequence a-
nalysis of one cDNA clon e th at encodes a putat ivetransmem-
branechan nelprotein[ J ] . Plant & C ell Ph ysiology, 1992, 33:
217-224
[ 17] Yam ada S , Komory T , My ers P M, e t al . E xpression of plas-
ma membrane w ater channel genes Under water st ress in N ic-
otiana ex cel sior [ J] . Plan t & Cel l Phys iology, 1997, 38: 1226-
1231
[ 18] Yam ada S , Katsuhiro M , Kelly W B, e t al . A family of t ran-
scripts encoding w ater chan nel protein : t is sue-specif ic ex pres-
sion in th e common iceplant [ J] . Plant Cell, 1995, 7: 1129- 1142
[ 19] Grote K, T rzebiatovsk i P, Kalden hoff R. RNA levels of plas-
ma membrane aqu aporins in A rabid op si s thal iana [ J] . Proto-
plasma, 1998, 204: 139-144
[ 20] 沈禹颖, 张自和,谢田玲. 优良豆科牧草- 东方山羊豆的研究
与利用[ J] . 草业学报, 2003, 12( 6) : 105-109
[ 21] 张自和.东方山羊豆的生物学特性与栽培技术[ J ] . 草原与草
坪, 2002, ( 1) : 19-21
[ 22] Moel ler E, H os t rup S B, Boelt B. Yield and qual ity of fodder
galega ( Galeg a ori ental is ) at dif f erent harvest man agements
compared w ith Lu cern e [ J ] . Acta Agricul ture Scandinavica,
Sect ion B: S oi l & Plant Science, 1997, 47( 2) : 89-97
[ 23] 杨冬梅,王学敏,高洪文,等. 东方山羊豆 4 香豆酸: 辅酶 A 连
接酶( 4CL)基因的克隆和荧光定量表达分析[ J ] .草地学报,
2010, 18( 4) : 533-538
[ 24] Qing Ye, Bogus law Wiera, Ernst Steudle. A coh esion / ten-
sion mechanism explain s the gatin g of water channels ( aqua-
porins) in Chara internodes by high con cent rat ion[ J ] . J ou rnal
of Exp erimental Botany, 2004, 55: 449-461
[ 25] Suga A, Komatsu S, M aeshima M. Aquaporin isoforms re-
sponsive to sal t and w ater s t ress es an d phytohorm on es in r ad-
ish seedl ings[ J] . Plant & Cell Physiology, 2002, 43: 1229-1237
[ 26] Katsuhara M , Akiyama Y, Koshio K, e t al . Fun ct ional an aly-
sis of w ater chan nels in barl ey root s[ J] . Plant & Cell Physiolo-
gy, 2002, 43: 885-893
[ 27] Aharon R, Shahak Y, Win inger S, et al . Overexpression of a
plasma membrane aqu aporin in t ran sgenic t obacco improves
plant vigor un der favorable grow th condit ions but not under
drought or s alt st ress [ J] . Plant Cel l, 2003, 15: 439-447
[ 28] 吴安慧,张岁岐,邓西平,等. 水分亏缺下玉米根系 ZmPIP1 亚
族基因的表达[ J] .植物生理与分子生物学学报, 2006, 32( 5 ) :
557-562
[ 29] Lian H L, Yu X, Ye Q, et a l . T he role of aquaporin RWC3 in
drought avoidance in ri ce [ J] . Plant & Cell Physiology, 2004,
45 ( 4) : 481-489
[ 30] Yu Q J, H u Y L, Lin Z P. Sense and ant isen se expression of
plasma m emb ran e aquaporin BnPIP1 from Br assica nap us in
tobacco and it s effect s on plant drought resistance [ J ] . Plant
Science, 2005, 169: 647-656
(责任编辑 邵新庆)
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