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Cloning and Expression Analysis of MYB15 Genes from Citrus

柑橘MYB15基因的克隆与表达分析



全 文 :植物科学学报  2015ꎬ 33(6): 808~818
Plant Science Journal
    DOI:10􀆰 11913 / PSJ􀆰 2095 ̄0837􀆰 2015􀆰 60808
柑橘 MYB15基因的克隆与表达分析
郭文芳∗ꎬ 刘德春∗ꎬ 杨 莉ꎬ 庄 霞ꎬ 张涓涓ꎬ 王书胜ꎬ 刘 勇∗∗
(江西农业大学农学院园艺系ꎬ 南昌 330045)
摘  要:采用电子克隆和 RT ̄PCR方法从柚(Citrus maxima (Burm.) Merr.)、 枳(Poncirus trifoliata (L.) Raf.)和
柠檬(Citrus limon (L.) Burm. f.)实生苗中克隆了 3 个 MYB 蛋白基因ꎬ 分别命名为 CmMYB15、 PtMYB15 和
ClMYB15ꎻ 并用实时定量 qRT ̄PCR技术检测了该基因在脱落酸(ABA)、 干旱、 低温和高盐胁迫处理下的时空表
达ꎮ 结果显示ꎬ CmMYB15、 PtMYB15 和 ClMYB15 的 cDNA 序列全长分别为 994、 992、 988 bpꎬ 分别编码
267、 266、 265个氨基酸ꎬ 且编码的氨基酸序列 N 端均含有 2 个串联的不完全重复的 MYB DNA ̄binding 结构
域ꎬ 由此推测该 3个基因均属于 R2R3亚类ꎻ MYB15基因均能被 ABA、 干旱、 低温和高盐胁迫诱导表达ꎬ 且在
柚、 枳和柠檬中存在表达差异ꎮ 本研究表明柚 CmMYB15、 枳 PtMYB15和柠檬 ClMYB15是MYB基因家族成员ꎬ
可能在柑橘响应非生物胁迫过程中起到一定的作用ꎮ
关键词: 柚ꎻ 枳ꎻ 柠檬ꎻ MYB15基因ꎻ 基因克隆ꎻ 基因表达
中图分类号: Q943􀆰 2          文献标识码: A          文章编号: 2095 ̄0837(2015)06 ̄0808 ̄11
      收稿日期: 2015 ̄05 ̄09ꎬ 退修日期: 2015 ̄06 ̄15ꎮ
  基金项目: 国家自然科学基金项目(31260468)ꎻ 江西省青年自然科学基金项目(20114BAB214006)ꎻ 江西省自然科学基金项目
(20142BAB204008)ꎻ 江西省教育厅科技计划项目(GJJ14292)ꎻ 江西农业大学科学研究基金项目(CX201101)ꎮ
  作者简介: 郭文芳(1986-)ꎬ 女ꎬ 硕士ꎬ 主要从事果树分子生物学研究(E ̄mail: guowenfang1986@163􀆰 com)ꎻ 刘德春(1982-)ꎬ
男ꎬ 讲师ꎬ 主要从事果树分子生物学研究(E ̄mail: ldc873380800@163􀆰 com)ꎮ
  ∗共同第一作者ꎮ
  ∗∗通讯作者(Author for correspondence􀆰 E ̄mail: liuyongjxau@163􀆰 com)ꎮ
Cloning and Expression Analysis of MYB15 Genes from Citrus
GUO Wen ̄Fang∗ꎬ LIU De ̄Chun∗ꎬ YANG Liꎬ ZHUANG Xiaꎬ ZHANG Juan ̄Juanꎬ
WANG Shu ̄Shengꎬ LIU Yong∗∗
(Department of Horticultureꎬ College of Agronomyꎬ Jiangxi Agricultural Universityꎬ Nanchang 330045ꎬ China)
Abstract: Three MYB genesꎬ including CmMYB15ꎬ PtMYB15 and ClMYB15ꎬ were cloned from
seedlings of pomelo (Citrus maxima (Burm.) Merr.)ꎬ trifoliate orange (Poncirus trifoliata (L.)
Raf.) and lemon ( Citrus limon ( L.) Burm􀆰 f.)ꎬ respectivelyꎬ by in silico and reverse
transcription PCR approaches. Results showed that the full length cDNA sequences of the
three genes were 994ꎬ 992 and 988 bpꎬ and encoded 267ꎬ 266 and 265 amino acidsꎬ
respectively. The N ̄terminal of the three novel proteins contained two series of incomplete
repeat MYB DNA ̄binding domainsꎬ suggesting that the three genes belonged to the R2R3
subclass of the MYB family. Moreoverꎬ the expression patterns of these genes were analyzed
by real ̄time quantitative PCR (qRT ̄PCR) under the stress of ABAꎬ droughtꎬ cold and salt.
Results indicated that the expressions of the three MYB15 genes were induced by all stress
treatments. Howeverꎬ their expression levels after stress differed among the citrus species.
The results of this paper suggested that CmMYB15ꎬ PtMYB15 and ClMYB15 were members of
the MYB gene familyꎬ and might play important roles in citrus in response to abiotic stress.
Key words: Citrus maximaꎻ Poncirus trifoliataꎻ Citrus limonꎻ MYB15ꎻ Cloningꎻ Expression
analysis
    植物在受到外界环境胁迫时ꎬ 可通过信号传
导途径将逆境信号传递到胁迫应答的转录因子ꎬ
由各类转录因子调控体内相关功能基因的表达ꎬ
从而降低或消除给植株带来的危害[1ꎬ2] ꎮ 转录调
控在植物的胁迫应答反应中起着重要作用ꎬ 近年
来对转录因子的研究已成为提高植物抗性的分子
育种的重要工作ꎮ 研究发现ꎬ 植物可根据 DNA
结合区域的不同将转录因子分为若干个家族ꎬ 与
植物逆境抗性相关的转录因子主要有: bZIP、
WRKY、 AP2 / ERF 和 MYB 四类[3] ꎮ 其中 MYB
类转录因子数量多、 功能多样[4]ꎬ 如拟南芥(Ara ̄
bidopsis thaliana) MYB 家族有 198 个成员[5] ꎬ
水稻 (Oryza sativa) [6]、 葡萄 (Vitis vinifera) [7]、
棉花(Gossypium Linn) [8]分别有 185 个、 108 个、
200 个成员ꎮ 前人已分离鉴定了许多参与植物
逆境胁迫应答的 MYB 基因ꎬ 且对部分基因进行
了功能验证ꎮ 如曹慧忠 [9]分析了苹果中 20 个
R2R3 亚类 MYB 基因在 NaCl、 脱落酸(ABA) 、
PEG 及低温逆境胁迫下的表达模式ꎬ 结果表明
其中 5 个MdMYB 基因能被以上 4 种胁迫诱导且
都上调表达ꎬ 6 个 MdMYB 基因能被 2 ~ 3 种胁
迫诱导表达ꎬ 2 个 MdMYB 基因只能被 1 种胁迫
诱导表达ꎻ 棉花 GbMYB5 基因在 PEG、 脱落酸
和赤霉酸诱导下均可增强表达ꎬ 且在茎、 叶和蕾中
均有表达ꎬ 尤以叶片中的表达水平最高[10]ꎻ Liao
等[11]研究发现ꎬ 将从大豆中克隆的 GmMYB76 和
GmMYB177 基因导入拟南芥ꎬ 经低温处理后的
转基因株系的存活率要远高于野生型ꎮ 也有研
究认为ꎬ 拟南芥 AtMYB15 过量表达可提高 ABA
合成、 信号转导和胁迫保护蛋白基因的表达水
平ꎬ 从而增强植株的抗盐和抗旱能力 [12] ꎻ Ding
等 [13]通过转基因功能验证也认为ꎬ AtMYB15 转
基因拟南芥对 ABA 的敏感度和抗旱能力都有明
显提高ꎮ
柑橘在生产过程中经常遭遇低温、 干旱和高盐
等非生物胁迫ꎬ 从而导致减产ꎬ 影响经济效益ꎬ 因
此提高抗逆性一直是柑橘育种工作的重要目标ꎮ 对
MYB转录因子的研究在柑橘中已有报道ꎬ 主要是
关于其调控类黄酮的代谢和花青素的合成途径以及
对甜橙中 MYB 基因家族的数据分析等方面ꎬ 如
CsMYB8[14]、 MYBA[15]和 CsMYB[16]等ꎬ 而对与
抗逆相关的柑橘 MYB 转录因子的研究较少ꎮ 枳是
柑橘中常用的砧木ꎬ 抗逆性较强ꎬ 而柚和柠檬是大
规模栽培的柑橘种类ꎬ 抗逆性相对较弱ꎬ 若能从抗
逆性较强的柑橘种类中克隆到抗逆转录因子并导入
柑橘栽培品种中ꎬ 较转入其他外源抗性功能基因更
容易获得抗性较强的柑橘新品种ꎮ 本研究拟从柚、
枳和柠檬中克隆 3 个新的 MYB 家族基因ꎬ 并使用
实时定量 PCR 技术对其在低温、 高盐和干旱等非
生物胁迫和 ABA胁迫下的时空表达模式进行分析ꎬ
以期为柑橘抗逆分子育种提供候选基因资源和理论
依据ꎮ
1  材料与方法
1􀆰 1  试材及其处理
2013 年 10 月将柚(Citrus maxima (Burm.)
Merr.)、 枳(Poncirus trifoliata (L.) Raf.)和柠檬
(Citrus limon (L.) Burm. f.)种子分别播种于 MT
培养基中(含 8 g / L琼脂、 40 g / L蔗糖ꎬ pH 5􀆰8)ꎬ
置于江西农业大学农学院园艺系实验室培养箱
(25℃ ± 1℃ꎬ 16 h 光照 / 8 h 黑暗ꎬ 光照强度
12 000 lxꎬ)中培养ꎮ 待幼苗长至约 25 cm 时移植
到 Hoagland 培养液中预培养 5 dꎬ 然后参照文献
[17ꎬ18]的方法对柑橘进行胁迫处理ꎮ 脱落酸
(ABA)、 干旱和高盐处理时分别将幼苗转移到含
有100 μmol / L ABA、 20% PEG 6000和 250 mmol /
L NaCl的 Hoagland 液体培养基中常温培养ꎻ 低
温处理时幼苗转移到 4℃培养箱中培养ꎮ 柚、 枳和
柠檬的每个因素处理 20 ~ 25个植株ꎬ 分别在每处
理后 0(CK)、 1、 3、 6、 12、 24 h 取其叶片ꎬ 液
氮速冻ꎬ 置于-80℃超低温冰箱储存、 备用ꎮ
1􀆰 2  柚、 枳和柠檬 RNA提取及 cDNA合成
采用 Trizol 总 RNA 提取试剂盒( Invitrogenꎬ
美国)分别提取柚、 枳和柠檬叶片总 RNAꎬ 然后
用 DNaseⅠ(Promegaꎬ 美国)处理以去除 RNA
中的基因组 DNAꎬ 最后用核酸蛋白仪检测总
RNA的浓度ꎬ 1%琼脂糖凝胶电泳检测其完整性ꎮ
以提取的总 RNA为模板ꎬ 采用 Prime ScriptTM RT
试剂盒 ( TaKaRaꎬ 日本) 合成 cDNAꎬ 存放于
-20℃ꎬ 备用ꎮ
908  第 6期                          郭文芳等: 柑橘 MYB15基因的克隆与表达分析
1􀆰 3  CmMYB15、 PtMYB15和 ClMYB15基因克隆
通过检索 HarvEST ̄Citrus 数据库找到与植物
MYB家族基因同源性很高的表达序列标签(EST)
序列ꎬ 数据库自动将这些 EST 序列拼接成一条一
致性序列ꎮ 基于该一致性序列使用引物设计软件
Primer 5设计合成一对基因特异性引物(QS: 5′ ̄
GTAACTCCACTACTTTGAA ̄3′和 QA: 5′ ̄CTTTC ̄
CCTTATTCGTCTCA ̄3′)ꎬ 同时分别以柚、 枳和柠
檬叶片第一链 cDNA 为模板与 PCR 扩增试剂
TIANGEN® 2 × Taq PCR MasterMix 进行 PCR 扩
增ꎬ 获得 CmMYB15、 PtMYB15 和 ClMYB15 基因
全长序列ꎮ PCR扩增程序为: 95℃预变性 5 minꎻ
95℃变性 30 sꎬ 51℃退火 30 sꎬ 72℃延伸 1 minꎬ
35个循环ꎻ 最后 72℃延伸 10 minꎬ 4℃保存ꎮ 分
别将 PCR产物进行 1%琼脂糖凝胶电泳分离ꎬ 再
利用 DNA回收试剂盒(TIANGEN 公司)将 PCR 目
的片段回收、 纯化ꎬ 然后与 pMD® 18 ̄T 载体
(TaKaRaꎬ 日本)连接ꎬ 转化ꎬ 蓝白斑筛选ꎬ 最后
经菌液 PCR鉴定均为阳性克隆后送深圳华大生物
工程股份有限公司测序ꎮ
1􀆰 4  CmMYB15、 PtMYB15和 ClMYB15的实时
定量 PCR
利用 BIO ̄RAD CFX96 实时荧光定量 PCR 仪
对柚、 枳和柠檬各胁迫取样点的 cDNA 模板进行
荧光相对定量分析ꎮ 荧光染料 SYBR® Premix Ex
TaqTM购于大连宝生物公司ꎮ 以克隆的 CmMYB15
基因的 cDNA 序列为基础ꎬ 使用引物设计软件
Primer 5 按照大连宝生物实时定量 PCR说明书设
计合成该基因的特异性引物ꎬ 3 个目的基因的扩
增引物均为 MYB ̄F: 5′ ̄GCAGCAAGGTTACCAG ̄
GAAG ̄3′和 MYB ̄R: 5′ ̄GGAAGATGATGCCTGT ̄
GGAG ̄3′ꎻ均以柑橘 Actin 为内参基因ꎬ Actin 的
扩增引物为 Actin ̄F: 5′ ̄ACTCATCGTACTCAGC ̄
CTTTG ̄3′和 Actin ̄R: 5′ ̄TGCACCCTGTTCTTCT ̄
TACTG ̄3′ꎮ qRT ̄PCR扩増采用 25 μL 反应体系ꎬ
包括 12􀆰5 μL SYBR® Premix Ex Taq、 正反向引
物各 0􀆰5 μL、 9􀆰 5 μL ddH2O、 2 μL cDNA 模板ꎮ
qRT ̄PCR 反应程序采用两步法ꎬ 程序设置为:
95℃预变性 30 sꎻ 95℃变性 5 sꎬ 60℃退火 30 sꎬ
40个循环ꎮ 每处理样品设 3 个重复ꎮ 利用 2-△△CT
方法进行数据分析ꎮ
2  结果与分析
2􀆰 1  CmMYB15、 PtMYB15 和 ClMYB15 的 cDNA
序列分析
通过电子克隆和 RT ̄PCR 方法分别从柚、 枳
和柠檬中克隆到 3 个新的基因ꎬ 分别命名为
CmMYB15 (GenBank 登录号: KP222309)、 Pt ̄
MYB15(KP222310)和 ClMYB15(KP222311)ꎮ 测
序和生物信息学分析结果表明ꎬ 这 3个基因的 cD ̄
NA序列全长分别为 994、 992、 988 bpꎬ 分别含
有 804、 801、 798 bp 的开放阅读框(open read ̄
ing frameꎬ ORF)ꎬ 且分别编码 267、 266、 265
个氨基酸ꎻ 碱基序列比对结果显示(图 1)ꎬ 该 3个
基因序列的相似性达 98􀆰13%ꎬ 有 40 个碱基位点
存在差异ꎮ
2􀆰 2  CmMYB15、 PtMYB15 和 ClMYB15 的同源
性及进化分析
借助 NCBI数据库将碱基序列翻译成氨基酸序
列ꎬ 用 DNAman 对 CmMYB15、 PtMYB15 和
ClMYB15进行氨基酸序列比对ꎬ 结果显示ꎬ 3 条
序列一致性达 97􀆰01%ꎬ 其中有 18 个氨基酸位点
存在差异(图 2)ꎮ 利用 InterPro Scan 在线软件分
析 CmMYB15、 PtMYB15和 ClMYB15 蛋白结构功
能域ꎬ 结果表明 3个蛋白均具有 MYB 家族的共有
特点ꎬ 即 N 端 9 ~ 61、 62 ~ 116位点含有两段串
联的不完全重复的保守氨基酸序列ꎬ 每段约 50 ~
55个氨基酸残基(即图 2 所示的 R2 和 R3 两个亚
结构域)ꎬ 且均属于 HTH_ MYB 形式的功能位点ꎻ
同时该 3个蛋白的 14 ~ 61、 67 ~ 112位点均存在
Myb_DNA ̄binding 结构域ꎬ 均属于 SANT 超级家
族ꎮ 另外与其他已知物种中 MYB 蛋白的多序列比
对发现ꎬ 在 R2 结构域中含有 3 个保守的色氨酸
(W)残基ꎬ 分别间隔 19 个氨基酸ꎻ 在 R3 结构域
中也含有 3 个保守的色氨酸(W)残基ꎬ 相互间隔
18 个氨基酸ꎬ 但在 R3 中第一个色氨酸(W)被苯
丙氨酸(F)所取代(图 2中▲表示的位置)ꎮ
为进一步分析柚 CmMYB15、 枳 PtMYB15 和
柠檬 ClMYB15 蛋白的进化关系ꎬ 利用 MEGA6 软
件并采用最大似然法构建系统进化树ꎮ 结果显示
018 植 物 科 学 学 报 第 33卷 
CmMYB15、 PtMYB15和 ClMYB15 聚集在同一分
支ꎬ 且与拟南芥 MYB15(NP_188966􀆰1)亲缘关系
最近ꎬ 与拟南芥 MYB13(NP_172108􀆰1)和 R2R3 ̄
MYB(CAA74603􀆰1)亲缘关系次之ꎮ 另外ꎬ 三者均
与陆地棉 GhMYB11(AIR07398􀆰1)、 苜蓿 MYB50
(ABR28338􀆰1)、 小麦 MYB73 (AEW23186􀆰1)以
及玉米 Myb4(XP_008645950􀆰1)的亲缘关系较远
(图 3)ꎮ
CmMYB15
PtMYB15
ClMYB15
KP222309
KP222310
KP222311
Consensus
CmMYB15
PtMYB15
ClMYB15
KP222309
KP222310
KP222311
Consensus
CmMYB15
PtMYB15
ClMYB15
KP222309
KP222310
KP222311
Consensus
CmMYB15
PtMYB15
ClMYB15
KP222309
KP222310
KP222311
Consensus
CmMYB15
PtMYB15
ClMYB15
KP222309
KP222310
KP222311
Consensus
CmMYB15
PtMYB15
ClMYB15
KP222309
KP222310
KP222311
Consensus
CmMYB15
PtMYB15
ClMYB15
KP222309
KP222310
KP222311
Consensus
CmMYB15
PtMYB15
ClMYB15
KP222309
KP222310
KP222311
Consensus
CmMYB15
PtMYB15
ClMYB15
KP222309
KP222310
KP222311
Consensus
CmMYB15
PtMYB15
ClMYB15
KP222309
KP222310
KP222311
Consensus
CmMYB15
PtMYB15
ClMYB15
KP222309
KP222310
KP222311
Consensus
CmMYB15
PtMYB15
ClMYB15
KP222309
KP222310
KP222311
Consensus
83
84
83
167
168
167
251
252
251
335
336
335
419
420
419
503
498
500
584
582
578
668
666
662
752
750
746
836
834
830
920
918
914
993
991
987
图 1  CmMYB15、 PtMYB15和 ClMYB15碱基序列比对
Fig􀆰 1  Alignment of predicted base sequences of CmMYB15ꎬ PtMYB15 and ClMYB15
118  第 6期                          郭文芳等: 柑橘 MYB15基因的克隆与表达分析
62
62
62
62
62
62
62
62
62
124
124
124
124
120
121
124
124
124
182
180
180
176
167
166
180
184
177
233
232
231
231
210
218
230
246
227
266
265
264
263
244
253
267
284
264
Citrus maxima
Poncirus trifoliata
Citrus limon
Glycine max
Salvia miltiorrhiza
Vitis amurensis
Solanum tuberosum
Arabidopsis thaliana
Solanum lycopersicum
CmMYB15
PtMYB15
ClMYB15
GmMYB29A2
MYB33
MYB1
Myb4-like
AtMYB15
MYB
Consensus
Citrus maxima
Poncirus trifoliata
Citrus limon
Glycine max
Salvia miltiorrhiza
Vitis amurensis
Solanum tuberosum
Arabidopsis thaliana
Solanum lycopersicum
CmMYB15
PtMYB15
ClMYB15
GmMYB29A2
MYB33
MYB1
Myb4-like
AtMYB15
MYB
Consensus
Citrus maxima
Poncirus trifoliata
Citrus limon
Glycine max
Salvia miltiorrhiza
Vitis amurensis
Solanum tuberosum
Arabidopsis thaliana
Solanum lycopersicum
CmMYB15
PtMYB15
ClMYB15
GmMYB29A2
MYB33
MYB1
Myb4-like
AtMYB15
MYB
Consensus
Citrus maxima
Poncirus trifoliata
Citrus limon
Glycine max
Salvia miltiorrhiza
Vitis amurensis
Solanum tuberosum
Arabidopsis thaliana
Solanum lycopersicum
CmMYB15
PtMYB15
ClMYB15
GmMYB29A2
MYB33
MYB1
Myb4-like
AtMYB15
MYB
Consensus
Citrus maxima
Poncirus trifoliata
Citrus limon
Glycine max
Salvia miltiorrhiza
Vitis amurensis
Solanum tuberosum
Arabidopsis thaliana
Solanum lycopersicum
CmMYB15
PtMYB15
ClMYB15
GmMYB29A2
MYB33
MYB1
Myb4-like
AtMYB15
MYB
Consensus
R2
R3
w
m fw g l
“▲”表示 CmMYB15、 PtMYB15和 ClMYB15蛋白序列的色氨酸(W)位点ꎮ
“▲” indicate tryptophan (W) of the site of protein CmMYB15ꎬ PtMYB15 and ClMYB15.
图 2  多种植物的 MYB蛋白氨基酸序列比对
Fig􀆰 2  Sequence alignment of MYB proteins from different plant species
218 植 物 科 学 学 报 第 33卷 
!" Glycine max Myb4-like XP_003518022.1
!" Glycine max GmMYB29A2 BAA81732.1
#$ Medicago truncatula MYB50 ABR28338.1
%% Theobroma cacao MYB13 XP_007035114.1
& Salvia miltiorrhiza MYB33 AGN52057.1
( Nelumbo nucifera Myb4 XP_010262320.1
)*+ Vitis amurensis MYB1 AIT13037.1
,- Solanum lycopersicum MYB NP_001234262.1
. Panax ginseng MYB ACK43221.1
/01 Solanum tuberosum Myb4-like XP_006354484.1
23 Capsicum annuum MYB ACB30359.1
▲5 Poncirus trifoliata PtMYB15 KP222310
▲67 Citrus limon ClMYB15 KP222311
▲8 Citrus maxima CmMYB15 KP222309
9:; Arabidopsis thaliana MYB13 NP_172108.1
9:; Arabidopsis thaliana AtMYB15 NP_188966.1
9:; Arabidopsis thaliana R2R3-MYB CAA74603.1
<= Rosa rugosa MYB17 CCA29106.1
>?@ Gossypium hirsutum GhMYB11 AIR07398.1
AB Oryza sativa Japonica Group MYB AAP92750.1
CD Zea mays Myb4 XP_008645950.1
EF Triticum aestivum MYB73 AEW23186.1
0.05
图 3  CmMYB15、 PtMYB15和 ClMYB15与其他植物 MYB蛋白的系统进化树
Fig􀆰 3  Phylogenetic tree of close homologues of CmMYB15ꎬ PtMYB15ꎬ ClMYB15 and other MYB proteins
2􀆰 3  CmMYB15、 PtMYB15 和 ClMYB15 蛋白序
列分析及三维结构预测
Protparam在线分析显示ꎬ 柚 CmMYB15 蛋白
由 20种基本的氨基酸组成ꎬ 其分子式为 C1290H1995
N385O416S11ꎬ 其中含量最高的氨基酸是丝氨酸 Ser
(9􀆰4%)和天冬酰胺 Asn(9􀆰4%)ꎬ 含量最低的氨基
酸是半胱氨酸 Cys(1􀆰9%)和酪氨酸 Tyr(1􀆰9%)ꎬ 酸
性氨基酸(天冬氨酸 Asp +谷氨酸 Glu)总数为 35
个ꎬ 碱性氨基酸(精氨酸 Arg +赖氨酸 Lys)总数为
31个ꎬ 预测相对分子量约为 29􀆰90 kDꎬ 理论等电
点为 6􀆰30ꎬ 总平均亲水性(GRAVY)为-0􀆰878ꎬ 不
稳定指数为 43􀆰64ꎬ 推测其属于不稳定亲水性蛋
白ꎮ 枳 PtMYB15 蛋白由 20 种基本的氨基酸组成ꎬ
其分子式为 C1295H2000N384O413S11ꎬ 其中含量最高
的氨基酸是天冬酰胺 Asn(9􀆰8%)ꎬ 含量最低的氨
基酸是半胱氨酸 Cys(1􀆰9%)ꎬ 酸性氨基酸(Asp +
Glu)总数为 34 个ꎬ 碱性氨基酸(Arg + Lys)总数
为 31个ꎬ 预测相对分子量约为 29􀆰90 kDꎬ 理论等
电点为 6􀆰45ꎬ 总平均亲水性(GRAVY)为-0􀆰863ꎬ
不稳定指数为 46􀆰22ꎬ 推测其属于不稳定亲水性蛋
白ꎮ 柠檬 ClMYB15 蛋白由 20 种基本的氨基酸组
成ꎬ 其分子式为 C1286H1995N385O410S12ꎬ 其中含量
最高的氨基酸是丝氨酸 Ser(9􀆰4%)ꎬ 含量最低的
氨基酸是半胱氨酸 Cys ( 1􀆰9%) 和酪氨酸 Tyr
(1􀆰9%)ꎬ 酸性氨基酸(Asp + Glu)总数为 34 个ꎬ
碱性氨基酸(Arg + Lys)总数为 33个ꎬ 预测相对分
子量约为 29􀆰79 kDꎬ 理论等电点为 6􀆰86ꎬ 总平均
亲水性(GRAVY)为-0􀆰892ꎬ 不稳定指数 42􀆰96ꎬ
318  第 6期                          郭文芳等: 柑橘 MYB15基因的克隆与表达分析
推测其属于不稳定亲水性蛋白ꎮ
通过 PROFsec 软件预测 CmMYB15、 Pt ̄
MYB15和 ClMYB15 蛋白的二级结构ꎬ 结果显示ꎬ
CmMYB15蛋白含 27􀆰0%螺旋结构和 73􀆰0%环状
结构ꎻ PtMYB15蛋白含 28􀆰6%螺旋结构和 71􀆰4%
环状结构ꎻ ClMYB15 蛋白含 28􀆰7%螺旋结构和
71􀆰3%环状结构ꎮ 预测结果表明 3个蛋白的二级结
构极为相似ꎬ 因此以 CmMYB15 蛋白为例ꎬ 利用
在线软件(http: / / swissmodel. expasy􀆰 org / ) Ex ̄
pasy 中的 Swiss Model 程序搜索其同源模型
1 h8a􀆰1􀆰 C (MYB transforming protein) 蛋白并建
模ꎬ 推测出该蛋白的三维结构模型(图 4)ꎮ
运用 TMHMM Server v. 2􀆰0 预测 CmMYB15、
PtMYB15和 ClMYB15蛋白均无跨膜区域ꎮ 用 Sig ̄
nalP 3􀆰0 Server分析出该 3个蛋白均不含信号肽ꎮ
α-!"
α-helix
#$%&
Coil
图 4  CmMYB15蛋白三维结构预测模型
Fig􀆰 4  Predicted 3D structure model of
protein CmMYB15
利用 PSORT WWW Server 程序中的 PSORTⅡPre ̄
diction工具进行细胞定位ꎬ 结果显示ꎬ CmMYB15
蛋白在细胞核中的可能性为 95􀆰7%ꎬ 在线粒体中
的可能性为 4􀆰3%ꎻ PtMYB15 和 ClMYB15 蛋白在
细胞核中可能性为 91􀆰3%ꎬ 在线粒体中可能性为
8􀆰7%ꎮ 这 3个蛋白均不含跨膜区域和信号肽ꎬ 不
能穿过膜结构ꎬ 所以该蛋白在线粒体中的可能性为
零ꎮ 由此推测这 3个蛋白存在于细胞核中的可能性
极大ꎬ 很可能是一种转录因子ꎮ
通过 NetPhos 2􀆰0 Serve 预测 CmMYB15(图
5)、 PtMYB15和 ClMYB15 蛋白磷酸化位点表明ꎬ
CmMYB15和 ClMYB15 蛋白均含有 15 个丝氨酸
(Ser)、 3 个苏氨酸(Thr)和 2 个酪氨酸(Tyr)位
点ꎻ PtMYB15蛋白含有 14 个丝氨酸(Ser)、 2 个
苏氨酸(Thr)和 3 个酪氨酸(Tyr)位点ꎮ 由此推测
磷酸化作用可能与这 3个蛋白的活性调控有关ꎮ
2􀆰 4  CmMYB15、 PtMYB15 和 ClMYB15 的荧光
定量表达分析
在 100 μmol / L ABA 胁迫下ꎬ 柚 CmMYB15、
枳 PtMYB15 和柠檬 ClMYB15 在叶片中均有表达
(图 6: A)ꎮ 处理 1 h时柚 CmMYB15 相对表达量
急剧上升并达到最大值ꎬ 可见 ABA 可以诱导 Cm ̄
MYB15在柚叶片中迅速表达ꎬ 整体呈先迅速上升
后急剧下降的趋势ꎻ 枳 PtMYB15 表达量呈先逐渐
升高后平缓下降的趋势ꎬ 在 3 h时表达量达到最大
值ꎬ 相对变化幅度较小ꎻ 柠檬 ClMYB15 表达量随
时间推移变化幅度均较平缓ꎮ
!"# Serine
Threonine
Tyrosine
Threshold
$"#
%"#
&(
NetPhos 2.0: predicted phosphorylation sites in sequence
0
1
0 50 100 150 200 250
Sequence position
Ph
os
ph
or
yl
at
io
n
po
te
nt
ia
l
图 5  CmMYB15蛋白磷酸化位点预测
Fig􀆰 5  Phosphorylation site prediction of CmMYB15 protein
418 植 物 科 学 学 报 第 33卷 
    在 20% PEG6000 干旱胁迫下ꎬ 3 个基因在
叶片中均有表达(图 6: B)ꎮ 柚 CmMYB15 表达
量整体呈先迅速上升后急剧下降的趋势ꎬ 在 1 h
时迅速达到最大峰值ꎬ 为对照的 13 倍左右ꎬ 可
见柚叶片中 CmMYB15 在干旱胁迫时能迅速表
达ꎻ 枳 PtMYB15 在 1 h时表达量达到最大值ꎬ 之
后整体呈逐渐下降趋势ꎬ 变化幅度较平缓ꎻ 柠檬
ClMYB15 在胁迫 3 h时表达量达到最大值ꎬ 为对
照的 18 倍左右ꎬ 整体呈先大幅上升后大幅下降
的趋势ꎬ 在 24 h时表达又有明显增强ꎬ 整体变化
幅度较大ꎮ
4℃低温胁迫下ꎬ 3 个基因在叶片中均有表达
(图 6: C)ꎮ 在 24 h内柚 CmMYB15 表达量均高
于对照ꎬ 呈相对上调趋势ꎬ 在 1 h 时表达量达到
最大值ꎻ 枳 PtMYB15 基因表达随时间推移整体
无明显变化趋势ꎬ 其表达量与对照相比变化不大ꎻ
柠檬 ClMYB15基因在 6 h 前表达不明显ꎬ 12 h 时
表达量急剧上升并达到最大值ꎬ 为对照的 28 倍左
右ꎮ
250 mmol / L NaCl 胁迫时ꎬ 柚 CmMYB15 在
1 h 时表达量达到最大值ꎬ 随后呈逐渐下降的趋
势ꎻ 枳 PtMYB15 表达量呈先升高后下降的趋势ꎬ
3 h时表达量达到最大值ꎬ 12 h时降至最低值ꎻ 柠
檬 ClMYB15 表达量的变化趋势较明显ꎬ 6 h 和
24 h 时分别达到最大值和最小值ꎬ 整体呈先升高
后下降的趋势ꎬ 相对变化幅度较大(图 6: D)ꎮ
胁迫实验结果表明ꎬ 在 ABA、 干旱、 低温和
高盐处理下ꎬ CmMYB15、 PtMYB15 和 ClMYB15
表达量均发生了改变ꎻ 且 4 种胁迫均能诱导柚
CmMYB15在叶片中迅速表达ꎬ 枳 PtMYB15 在逆
境诱导下表达量变化相对较平缓ꎬ 柠檬 ClMYB15
在干旱、 低温和高盐胁迫下能被强烈诱导表达ꎬ 但
A 100 μmol / L ABA
0
2
4
6
8
10
12
14
16
0 1 3 6 12 24
*+,-( )h
Stress time
.
/
0
1
2
R
el
at
iv
e
ex
pr
es
si
on
le
ve
l
! " #$
B %& ( )Drought 20% PEG6000
0
5
10
15
20
25
0 1 3 6 12 24
*+,- ( )h
Stress time
.
/
0
1
2
R
el
at
iv
e
ex
pr
es
si
on
le
ve
l
! " #$
C ( ( ℃)Cold 4
0
5
10
15
20
25
30
35
0 1 3 6 12 24
*+,- ( )h
Stress time
.
/
0
1
2
R
el
at
iv
e
ex
pr
es
si
on
le
ve
l
! " #$
D 250 mmol / L NaCl
0
1
2
3
4
5
6
7
0 1 3 6 12 24
*+,-( )h
Stress time
.
/
0
1
2
R
el
at
iv
e
ex
pr
es
si
on
le
ve
l
! " #$
图 6  胁迫处理后 MYB15在柚、 枳、 柠檬叶中的表达
Fig􀆰 6  Expression patterns of MYB15 in Citrus maximaꎬ Poncirus trifoliata and
Citrus limon leaves after different stress treatments
518  第 6期                          郭文芳等: 柑橘 MYB15基因的克隆与表达分析
响应的速度较迟缓ꎮ 此结果初步验证了这 3个基因
是可被逆境胁迫诱导表达的转录因子ꎬ 且在柑橘类
植物柚、 枳和柠檬的发育过程中所起作用存在一定
差异ꎮ
3  讨论
研究表明ꎬ MYB 转录因子具有高度保守的
MYB DNA ̄binding 结构域ꎬ 这个结构域一般由
1 ~ 3 个串联的、 不完全重复区域 (R1、 R2 和
R3)组成ꎬ 因此ꎬ 植物中 MYB 转录因子可简单地
分为 R1、 R2R3 和 R1R2R3 三个亚类ꎬ 且大多数
植物的 MYB 蛋白属 R2R3 类型[6]ꎮ 每个不完全重
复单元由 51 ~ 55 个氨基酸组成ꎬ 形成 3 个 α ̄螺
旋结构ꎻ 在不完全重叠区中第 2、 第 3个 α ̄螺旋结
构折叠成螺旋 ̄转角 ̄螺旋(HTH)的形式参与 DNA
大沟的结合[19ꎬ20]ꎮ 每个 MYB 亚结构域中一般都含
有 3个保守的色氨酸残基ꎬ 且相互之间间隔 18 或
19个氨基酸ꎬ 它们参与空间结构中疏水核心的形
成ꎬ 对维持 HTH 的构型有着特别重要的意义ꎻ 但
是 R3 亚结构域的第一个色氨酸通常被芳香族氨基
酸或疏水氨基酸所取代[6]ꎮ 本研究从抗逆性不同
的柑橘类植物柚、 枳和柠檬中分离出 3 个新的
MYB 转录因子基因ꎬ 分别命名为 CmMYB15、
PtMYB15和 ClMYB15ꎻ 氨基酸序列分析表明ꎬ 这
3个基因分别编码 267、 266 和 265 个氨基酸的完
整开放阅读框ꎬ 且编码的 3 个蛋白均具有 MYB 家
族基因典型的结构特点ꎬ 即在 N 端存在两个串联
的不完全重复的 MYB DNA ̄binding 结构域ꎬ 分别
由 53 和 55 个氨基酸残基组成ꎬ 因此推测本研究
克隆的这 3 个基因属于 MYB 转录因子家族成员ꎬ
且均属于 R2R3 ̄MYB 亚类ꎮ 对其蛋白分析表明ꎬ
该 3 个蛋白的保守区域主要集中在 N 端ꎬ 而非保
守序列主要集中于 C 端ꎬ 且 C 端富含酸性氨基酸
的转录激活区ꎻ 在 R2亚结构域中含有 3 个保守的
色氨酸(W)残基ꎬ 分别间隔 19 个氨基酸ꎬ 在 R3
亚结构域中也含有 3 个保守的色氨酸(W)残基ꎬ
分别间隔 18 个氨基酸ꎬ 但在 R3 亚结构域中第一
个色氨酸(W)被芳香族氨基酸中的苯丙氨酸(F)所
取代ꎬ 这与前人的研究结果一致ꎬ 说明这一结构形
成了该 3个蛋白的 HTH 构型和疏水核心ꎬ 且具有
结合的专一性和激活功能上的多样性ꎮ 另外ꎬ 对蛋
白磷酸化位点的预测发现ꎬ 柚 CmMYB15 和柠檬
ClMYB15磷酸化位点基本一致ꎬ 与枳PtMYB15相
比存在少量差异ꎻ 三者的氨基酸序列比对有 18 处
位点存在差异ꎬ 是否由于这些氨基酸的差异而导致
蛋白磷酸化位点的变化ꎬ 进而影响蛋白的调控ꎬ 需
要进一步的研究来证实ꎮ
已有研究表明ꎬ 植物的 MYB 转录因子基因参
与了植物对多种逆境胁迫的适应性反应ꎮ 例如:
GhMYB113 基因在干旱处理初期表达量无明显变
化ꎬ 但在处理 12 h 后表达量随胁迫时间延长迅速
上升且显著高于对照ꎬ 表明干旱胁迫对 Gh ̄
MYB113 的表达为正调控ꎬ 在高盐胁迫下 Gh ̄
MYB113基因表达量随胁迫时间的延长迅速下降ꎬ
处理 24 h 时达到最低值ꎬ 表明高盐胁迫对该基因
的表达为负调控[21]ꎻ ZmMYB002 基因在玉米种
子、 根和叶子中表达量较高ꎬ 且干旱和盐胁迫均能
够诱导 ZmMYB002基因的显著表达[22]ꎻ 从小麦品
种“茶淀红”中克隆的抗盐基因 TaMYB32在高盐胁
迫下能迅速诱导表达ꎬ 且 1 h 时表达量达到最高ꎬ
为处理前的 6 倍以上[23]ꎻ 从葡萄砧木“1103P”筛
选获得的 4 个受高盐强烈诱导的 R2R3 ̄MYB 基因
中ꎬ VvMYB112和 VvMYB15也能被干旱和低温诱
导ꎬ 而 VvMYB107和 VvMYB87对干旱和低温不敏
感或受其抑制[24]ꎻ 从甜橙中分离鉴定出的 101 个
R2R3 ̄MYB基因中ꎬ 有 95 个在多个组织部位存在
并高量表达ꎬ 另外大部分 R2R3 ̄MYB基因对干旱、
高盐、 ABA、 茉莉酸和低温等 5种逆境胁迫中的一
种或多种具有响应作用[25]ꎮ 本研究使用实时定量
PCR的方法检测到柚、 枳和柠檬在受到低温、 干
旱、 高盐和 ABA 4种胁迫时 MYB15基因在叶片中
均有表达ꎬ 但其表达模式存在差异ꎮ 其中ꎬ 柚
CmMYB15对 4种逆境胁迫均敏感ꎬ 响应速度较为
迅速ꎬ 表达量随胁迫时间的延长又迅速下降ꎬ 变化
幅度较大ꎻ 柠檬 ClMYB15 对低温、 干旱和高盐 3
种胁迫较敏感ꎬ 虽然响应的速度迟缓ꎬ 但随时间推
移能强烈诱导表达(尤其是低温和干旱胁迫)ꎻ 枳
PtMYB15 对 ABA、 低温和干旱 3 种胁迫响应都不
敏感ꎬ 表达量均无明显变化(特别是低温诱导)ꎮ
我们认为这可能与植物自身对环境的耐受性差异有
618 植 物 科 学 学 报 第 33卷 
关ꎮ 枳属于抗逆性较强的品种ꎬ 抗性强于柚和柠
檬ꎬ 因此枳中 MYB15基因对 4℃低温诱导不敏感ꎬ
对其它逆境胁迫的响应也不如柚和柠檬敏感ꎮ
综上所述ꎬ CmMYB15、 PtMYB15 和 ClMYB15
基因是植物 MYB转录因子家族的成员ꎬ 且在柑橘
抵御非生物胁迫过程中能被诱导表达ꎮ 由于本实验
中使用的是特异引物ꎬ 结果只代表 3个基因的等位
基因的表达情况ꎬ 并不能直接说明该 3个基因的总
体表达水平ꎬ 因此还有待从 3个基因的蛋白功能和
上游启动子方面进行深入研究ꎬ 以获得 MYB15 基
因在柑橘中表达调控的更多信息ꎮ
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(责任编辑: 张 平)
818 植 物 科 学 学 报 第 33卷