全 文 ：作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2014, 40(5): 934−941 http://zwxb.chinacrops.org/
ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9 E-mail: xbzw@chinajournal.net.cn

本研究由国家现代农业产业技术体系建设专项(CARS-14), 山东省自然科学基金项目(ZR2011CQ036, ZR2012CQ031), 国家自然科学基金项
目(31000728, 31100205, 31200211), 国家国际科技合作专项 (2011DFA30930), 青岛市科技计划应用基础研究项目 [11-2-4-9-(3)-jch,
11-2-3-26-nsh, 12-1-4-11-(2)-jch]和农业部油料作物生物学与遗传育种重点实验室开放课题基金(2014010)资助。
∗ 通讯作者(Corresponding author): 禹山林, E-mail: yshanlin1956@163.com
第一作者联系方式: E-mail: chenna7948@163.com, Tel: 0532-87626672
Received(收稿日期): 2013-11-13; Accepted(接受日期): 2014-03-04; Published online(网络出版日期): 2014-03-25.
URL: http://www.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20140325.0911.002.html
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2014.00934
花生果糖-1,6-二磷酸醛缩酶基因 AhFBA1的克隆与表达
陈 娜 1 潘丽娟 1 迟晓元 1,2 陈明娜 1 王 通 1 王 冕 1 杨 珍 1
胡冬青 3 王道远 4 禹山林 1,*
1 山东省花生研究所, 山东青岛 266100; 2农业部油料作物生物学与遗传育种重点实验室 / 中国农业科学院油料作物研究所, 湖北武
汉 430062; 3 青岛市出入境检验检疫局, 山东青岛 266001; 4 章丘农业局, 山东济南 250200
摘 要: 以花生品种花育 33为试材, 根据 cDNA文库中已知的果糖-1,6-二磷酸醛缩酶(fructose-1,6-bisphosphate aldolase,
FBA) 基因全长序列设计引物, 通过 RT-PCR 克隆到该基因, 命名为 AhFBA1。AhFBA1 全长为 1489 bp, 开放阅读框为
1200 bp, 编码 400个氨基酸。预测该基因编码的蛋白含有 Glycolytic保守结构域, 可能定位于叶绿体中。蛋白序列比对
和进化树分析表明, 花生与大豆(Glycine max)、苜蓿(Medicago truncatula)、鹰嘴豆(Cicer arietinum)和菜豆(Phaseolus
vulgaris)等豆科植物中的 FBA序列相似性最高, 亲缘关系最近。荧光定量 PCR结果显示, 在高盐和干旱胁迫下, AhFBA1
在花生叶和根中的表达均受明显诱导, 说明该基因可能参与花生对高盐和干旱胁迫的适应性调控; AhFBA1 在花生根和
叶中均受 ABA的明显诱导, 说明该基因对花生非生物胁迫的调控可能是依赖 ABA的。
关键词: 花生; 果糖-1,6-二磷酸醛缩酶; 克隆; 系统发育分析; 非生物胁迫; 荧光定量 PCR
Cloning and Expression of Fructose-1,6-Bisphosphate Aldolase Gene AhFBA1
in Peanut (Arachis hypogaea L.)
CHEN Na1, PAN Li-Juan1, CHI Xiao-Yuan1,2, CHEN Ming-Na1, WANG Tong1, WANG Mian1, YANG Zhen1,
HU Dong-Qing3, WANG Dao-Yuan4, and YU Shan-Lin1,*
1 Shandong Peanut Research Institute, Qingdao 266100, China; 2 Key Laboratory of Biology and Genetic Improvement of Oil Crops, Ministry of Ag-
riculture, Oil Crops Research Institute, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Wuhan, 430062, China; 3 Qingdao Entry-Exit Inspection and
Quarantine Bureau, Qingdao 266001, China; 4 Zhangqiu Agriculture Bureau, Jinan 250200, China
Abstract: In this article, a fructose-1,6-bisphosphate aldolase (FBA) gene was cloned from the leaf of peanut (Arachis hypogaea
L. cultivar Huayu 33) using RT-PCR, and was designated as AhFBA1. The whole sequence of AhFBA1 is 1489 bp and its open
reading frame is 1200 bp, encoding a polypeptide of 400 amino acids. Its protein was predicted to be located in chloroplast, con-
taining the conserved glycolytic domain. Multiple sequence alignments and phylogenetic analysis of FBA proteins indicated Ah-
FBA1 was most similar with FBA from Glycine max, Medicago truncatula, Cicer arietinum, and Phaseolus vulgaris. The results
of Real-time RT-PCR showed that the expression of AhFBA1 was induced distinctly in both peanut root and leaf under salt and
drought conditions, suggesting that AhFBA1 may participate in the salt and drought stress regulation of peanut. The expression of
AhFBA1 was also induced by exogenous ABA in both peanut leaf and root, which indicated that AhFBA1 may regulate peanut
abiotic stresses resistance through ABA-dependent pathway.
Keywords: Peanut; Fructose-1,6-bisphosphate aldolase; Clone; Phylogenetic analysis; Abiotic stresses; Real-time PCR
可溶性糖是高等植物叶片光合作用的产物 , 它不仅
可以作为新陈代谢的能源 , 还可以作为调节物质参与植
物生长发育相关的多种信号[1-2]。有研究表明可溶性糖的
增加可以提高植物对干旱、高盐和低温等的抗性[3]。在适
应多变的环境, 满足代谢和能量的要求中, 植物进化出一
系列机制去特异的感知多种“糖信号”。通过拟南芥糖信号
第 5期 陈 娜等: 花生果糖-1,6-二磷酸醛缩酶基因 AhFBA1的克隆与表达 935


突变体的研究 , 目前发现植物体内存在己糖激酶信号途
径、依赖己糖但不依赖己糖激酶的信号途径、蔗糖信号途
径(包括蔗糖载体的信号途径)、依赖膜的信号途径和果糖
信号途径等糖信号途径[4-5]。
果糖1,6-二磷酸醛缩酶既存在于糖酵解也存在于糖异生
的途径中, 同时还存在于磷酸戊糖循环中, 因此果糖-1,6-二
磷酸醛缩酶对细胞生命活动起着至关重要的作用。近几年研
究表明, 植物的果糖-1,6-二磷酸醛缩酶与多种胁迫具有密切
相关的联系。Yamada等[6]发现在一种耐盐的烟草中, 存在2
种核编码的叶绿体定位果糖-1,6-二磷酸醛缩酶(NpAldP1和
NpAldP2), 在高盐胁迫时, 后者在植物体内发生积累而前者
有轻微下降。对拟南芥盐胁迫处理后取其根部, 进行蛋白质
组学研究 , 发现果糖-1,6-二磷酸醛缩酶的蛋白含量明显
增加[7]; 利用拟南芥悬浮细胞系也可以得到类似的结果[8]。
Provart 等[9]利用12个低温敏感突变体进行表型鉴定及基因
芯片检测, 其中3个低温致死突变体有类似的表达谱, 它们
的果糖-1,6-二磷酸醛缩酶基因的表达量都明显上调。Lu等[10]
分析拟南芥中编码果糖-1,6-二磷酸醛缩酶的基因, 找到8个
该家族基因(AtFBA1-8), 并证明它们对 ABA、NaCl、重金属
镉、温度和干旱胁迫等具有不同的响应模式, 除 AtFBA3外,
其余基因在根中均对干旱胁迫有明显响应。非生物刺激如海
水、氯化钠、ABA和 PEG, 在2~12 h内可能诱导海马齿根中
spFBA基因表达量显著增加; 过表达 SpFBA基因能够增强
转基因大肠杆菌的耐盐性, 这些结果表明, SpFBA 在对盐
胁迫的反应和非生物刺激方面起着非常重要的作用[11]。此
外, Chen等[12]研究指出拟南芥果糖-1,6-二磷酸醛缩酶基因
的表达与硼胁迫相关。以上研究结果表明, 果糖-1,6-二磷
酸醛缩酶基因的表达在转录水平或翻译水平上受多种非生
物胁迫的调控, 研究其在各种非生物胁迫下的表达对于揭
示果糖-1,6-二磷酸醛缩酶基因的功能具有重要意义。
不利的生长环境对花生产量有很大的影响。然而有关
花生中非生物胁迫调控的分子生物学研究较少 , 处于刚
刚起步的阶段。目前一些基因已经被证明可能参与花生非
生物胁迫的调控并得到克隆[13-17]。Wan等[18]和Wang等[19]
以花生基因转化拟南芥证明花生中泛素连接酶和
Germin-like 家族蛋白可能参与拟南芥对干旱或高盐胁迫
的调控。此外, 未见有关花生非生物胁迫分子机制研究的
更深入报道。本研究通过序列分析从花生已有 cDNA文库
中找到一个编码果糖-1,6-二磷酸醛缩酶的基因, 根据该基
因已知序列通过 RT-PCR方法从花生品种花育 33中克隆到
全长基因。拟通过该基因功能的分析, 进一步了解其对非
生物胁迫的响应, 为花生抗性分子调控研究提供参考。
1 材料与方法
1.1 植物材料
选用花生品种花育 33, 将种子播在营养土与蛭石(质
量比 2︰1)的混合土中, 萌发后在光照 16 h /8 h 黑暗
(28/22℃)的培养箱中生长 , 待幼苗生长至三叶期后 , 置
4℃光照培养箱进行低温处理; 另将花生幼苗从土中拔出,
小心冲洗干净根部土后直接浸泡到 200 mmol L–1 NaCl、
20% PEG-6000或 100 μmol L–1 ABA溶液中。在各处理 0、
1、3、6、12、24、48和 72 h后分别取叶片和根, 液氮冷
冻保存, 作为后续试验材料。
1.2 试验试剂
总 RNA提取试剂盒、TOP10感受态购自天根生化科
技有限公司。LA Taq DNA聚合酶, pMD18-T载体, 荧光
定量 PCR 用 SYBR Premix Ex Taq 聚合酶购自大连宝生
物。M-MLV 反转录酶购自 Promega。凝胶回收试剂盒、
质粒提取试剂盒购自 Omega公司。
1.3 RNA提取与 cDNA合成
用天根的 RNeasy Mini Kit, 参考其使用说明提取样
品总 RNA。合成 cDNA前要将提取的 RNA用 DNaseI处
理以去除 DNA污染。用 M-MLV反转录酶进行 cDNA的
合成, 每 25 μL反应体系中加入 2 μg RNA; 反转录反应体
系在 42℃进行 1 h, 之后置冰上冷却 5 min。
1.4 基因全长的扩增
根据cDNA文库中已知的花生蔗糖合成酶的全长序列,
设计扩增该基因全长的引物, 引物序列为: 5′-AGGGGAT
AAGATTCTTGTGT-3′和 5′-TAGCCTTCCATTCCATCTTG
TT-3′。以反转录cDNA为模板, 通过普通RT-PCR扩增该基
因。PCR程序为: 94 2 min; 94 30 s, 55 30 s, 72 ℃ ℃ ℃ ℃
1 min, 35个循环; 72 10 min℃ 。
1.5 序列分析
将所测得的序列利用NCBI网站(http://www.ncbi.nlm.
nih.gov/)上的 BLAST 工具进行基因序列的相似性及同源
性查找 , 并利用这些序列进行基因同源性的比较 , 用
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/网站 ORF Finder 在线分析
cDNA全长序列 ORF。根据所测得基因的 cDNA序列推导
其氨基酸序列, 并利用序列分析工具对其进行分析: 采用
Protparam (http://web.expasy.org/protparam/)预测蛋白的基
本物理化学性质; 在 http://pfam.sanger.ac.uk/上分析蛋白
的结构功能域; 采用 PredictProtein (http://www.predictp-
rotein.org/)预测蛋白的二级结构; 利用 ProtComp (http://
nux1.softberry.com/berry.phtml?topic=protcomppl&group=
programs&subgroup=proloc)分析蛋白质的亚细胞定位情况。
1.6 系统发育分析
选取 GenBank 中不同物种的果糖-1,6-二磷酸醛缩酶
(FBA)蛋白, 采用 DNAMAN软件的Multiple Alignment进
行多序列比对分析, 创建一个不同来源的 FBA 多序列的
比对结果; 在比对的基础上用 MEGA 4.0软件完成系统发
生和进化分析, 采用 Neighbour-Joining方法构建系统树。
1.7 荧光定量 RT-PCR进行基因表达分析
进行荧光定量 PCR时, 先将 cDNA样品稀释到 8 ng μL–1,
936 作 物 学 报 第 40卷


每反应体系中加 2 μL 稀释后的 cDNA。采用 Roche 的
LightCycler 2.0荧光定量 PCR仪。反应条件为 95 10 s; ℃
95 5 s, 60 30 s, 72 10 s; 40℃ ℃ ℃ 个循环; 绘制溶解曲线,
温度每 10 s升高 0.5℃。内参基因为 Actin11, 每个样品重
复 3次, 取平均值, 采用 delta-delta Cp方法分析数据, 误
差线为 3次重复的标准偏差。荧光定量所用 Actin11引物
为 5′-TTGGAATGGGTCAGAAGGATGC-3′和 5′-AGTGGT
GCCTCAGTAAGAAGC-3′; AhFBA1引物为 5′-TTGATAG
TGGTTATGGATATGA-3′和 5′-TTAAGTTGTAGAGGTGA
AAGT-3′。
2 结果与分析
2.1 AhFBA1基因的克隆
通过序列分析从已有 cDNA 文库中获得花生果糖-1,6-
二磷酸醛缩酶的基因全长, 根据已知序列设计引物, 通过
RT-PCR扩增得到该基因。该基因全长为 1489 bp, 开放阅
读框 ORF为 1200 bp, 编码 400个氨基酸(图 1)。在 NCBI
网站上对该基因编码的蛋白进行 Blast 分析, 发现该蛋白
与大豆(Glycin max)、苜蓿(Medicago truncatula)、可可树
(Theobroma cacao)和葡萄(Vitis vinifera)中的果糖-1,6-二
磷酸醛缩酶蛋白同源性达 95%以上(图 2)。将该基因命名
为 AhFBA1 (Arachis hypogaea Fructose-1,6-bisphosphate
aldolase), 并登录于 NCBI, 登录号为 KF773841。
2.2 AhFBA1氨基酸序列分析
利用 ProtParam 分析显示, AhFBA1 的理论分子量为
43.03 kD, 理论等电点为 8.25, 平均亲水系数(grand average
of hydropathicity, GRAVY)是–0.173; 通过蛋白质亚细胞定位
工具预测, 这个蛋白可能定位于叶绿体中, 其中 N 端 1~33
个氨基酸为叶绿体定位信号肽。蛋白质二级结构预测结果显
示, AhFBA1中 α螺旋占 42.25%, β折叠占 12.50%, 无规则卷
曲占 53.04%; 保守结构域预测结果表明该蛋白有 Glycolytic
(fructose-bisphosphate aldolase class-I)保守结构域。
根据花生、大豆、葡萄、可可树、苜蓿和水稻中的果
糖-1,6-二磷酸醛缩酶蛋白氨基酸序列比对, 绘制了系统
进化树。图 3表明, 果糖-1,6-二磷酸醛缩酶的进化基本符
合植物进化分类, 花生 AhFBA1与豆科植物包括大豆、菜
豆、鹰嘴豆、红车轴草及苜蓿中的果糖-1,6-二磷酸醛缩酶
聚在一起, 说明它们具有较近的亲缘关系; 与其他双子叶
植物如葡萄、番茄、蓖麻、可可树、拟南芥等的 FBA 蛋
白则相距较远。与单子叶植物水稻、小麦、二穗短柄草和
谷子的果糖-1,6-二磷酸醛缩酶相距更远。相近物种或同一
物种的同一家族蛋白在进化上亲缘关系更近, 例如紫花
苜蓿和蒺藜苜蓿中果糖-1,6-二磷酸醛缩酶, 大豆中的果
糖-1,6-二磷酸醛缩酶 FBA1 和 FBA2 以及拟南芥中的果
糖-1,6-二磷酸醛缩酶 FBA1 和 FBA2。单子叶植物的果
糖 -1,6-二磷酸醛缩酶聚在一起, 双子叶植物的果糖-1,6-

图 1 AhFBA1基因的核苷酸及氨基酸序列
Fig. 1 Nucleotide sequence and deduced amino acid sequence of AhFBA1
第 5期 陈 娜等: 花生果糖-1,6-二磷酸醛缩酶基因 AhFBA1的克隆与表达 937



图 2 AhFBA1与其他物种 UDP-葡萄糖基转移酶氨基酸序列比对
Fig. 2 Comparison of deduced amino sequence of AhFBA1 with UGTs from other species
Ah: 花生; Gm: 大豆; Mt: 蒺藜苜蓿; Tc: 可可树; Vv: 葡萄。
Ah: Arachis hypogaea; Gm: Glycine max; Mt: Medicago truncatula; Tc: Theobroma cacao; Vv: Vitis vinifera.

二磷酸醛缩酶聚在一起 , 反应了同源果糖-1,6-二磷酸醛
缩酶系统发生上的密切关系。
2.3 AhFBA1基因在非生物胁迫下的表达
通过荧光定量 PCR 分别检测了花生根和叶中该基因
在低温、高盐及干旱胁迫下的表达情况(图 4)。
从图 4 可以看出, AhFBA1 在转录水平上的表达对低
温、高盐及干旱胁迫均有响应, 但响应模式及响应组织有
所差异。AhFBA1 的表达在花生根中对低温没有响应, 随
着低温处理时间的延长, 其表达量基本不变(图 4-A); 在
花生叶中 AhFBA1对低温略有响应, 在低温处理 24 h后表
达量上调 2 倍以上(图 4-A’)。AhFBA1 在花生根中对高盐
胁迫有明显响应, 在花生根中盐处理 3 h后表达量即上调
2 倍以上, 72 h 表达量达最高, 最高上调倍数在 8倍以上
(图 4-B); 在花生叶中 AhFBA1在盐处理 3 h时上调, 上调
倍数约 2.5 倍, 但随着处理时间的延长表达量开始下降,
72 h表达量下调了近 100倍(图 4-B’)。干旱胁迫下 AhFBA1
在花生叶和根中均有明显响应 , 在花生根中在干旱胁迫
处理 6 h后开始明显上调, 12 h表达量达到最高, 最高上
调倍数为 90 倍以上, 72 h 表达量基本恢复对照水平(图
4-C); 在花生叶片中 AhFBA1的表达也受到干旱胁迫的明
显诱导, 在干旱胁迫处理 6 h时表达量最高, 与对照相比,
表达倍数在 7倍以上(图 4-C’)。
总的来说, AhFBA1 在花生根和叶中对低温胁迫响应
均不很明显, 在花生根中对高盐和干旱胁迫响应明显, 尤
其是在干旱胁迫下, 上调倍数非常高。
2.4 AhFBA1基因在外源 ABA胁迫下的表达
研究表明, 胁迫响应基因可能通过ABA-dependent和
ABA-independent 两种信号途径调控。为了研究非生物胁
迫诱导的 AhFBA1表达与 ABA的关系, 我们用外源 ABA
分别对花生根和叶进行处理后通过荧光定量 PCR 检测
AhFBA1基因的表达。结果表明, AhFBA1的表达在花生根
和叶中均受 ABA 的诱导(图 5)。在花生根中 AhFBA1 在
ABA处理 3 h后表达量明显上调, 至 48 h上调倍数近 30
倍, 72 h表达量仍维持在较高水平(图 5-A)。在花生叶片中,
AhFBA1的表达也受 ABA处理的诱导, 且在处理 3 h后表
达量就最高, 处理至 12 h和 24 h后略有降低, 此后又有所
增高(图 5-B)。
3 讨论
低温、高盐和干旱等非生物胁迫可以影响花生萌发、
生长、开花、产量等[20-21]。鉴定参与花生非生物胁迫调控
的关键基因 , 是通过基因工程技术培育高产抗逆花生种
质的基础。目前, 花生基因组测序工作尚未完成, 序列拼
接与组装工作尚未开始 , 仍未获得大量功能基因全长序
列 , 因此功能基因的克隆与鉴定仍是目前花生中非生物
胁迫研究工作的重要组成部分。
果糖-1,6-二磷酸醛羧酶催化果糖-1,6-二磷酸、二羟丙
酮磷酸和三磷酸甘油醛的可逆反应, 是卡尔文循环中固
定CO2后第1个催化C3化合物转化为C6化合物的酶, 处于
第1个分支点上, 同时它也是控制光合作用速率的重要酶
938 作 物 学 报 第 40卷



图 3 AhFBA1与其他物种 FBA蛋白的系统进化树分析
Fig. 3 Phylogenetic analysis of FBAs in various species
Ms: 紫花苜蓿; Mt: 蒺藜苜蓿; Ca: 鹰嘴豆; Tp: 红车轴草; Pv: 菜豆;
Gm: 大豆; Ah: 花生; Cs: 黄瓜; Co: 油茶; Fv: 草莓; At: 拟南芥;
Vv: 葡萄; Tc: 可可树; Cp: 木瓜; Rc: 蓖麻; Ga: 亚洲棉; Sl: 番茄;
Zm: 玉米; Os: 水稻; Si: 谷子; Bd: 二穗短柄草; Tu: 乌拉尔图小麦。
Ms: Medicago sativa; Mt: Medicago truncatula; Ca: Cicer arieti-
num; Tp: Trifolium pratense; Pv: Phaseolus vulgaris; Gm: Glycine
max; Ah: Arachis hypogaea; Cs: Cucumis sativus; Co: Camellia
oleifera; Fv: Fragaria vesca; At: Arabidopsis thaliana; Vv: Vitis
vinifera; Tc: Theobroma cacao; Cp: Carica papaya; Rc: Ricinus
communis; Ga: Gossypium arboretum; Sl: Solanum lycopersicum;
Zm: Zea Mays; Os: Oryza sativa; Si: Setaria italica; Bd: Brachy-
podium distachyon; Tu: Triticum urartu.

之一[22]。果糖-1,6-二磷酸醛缩酶对细胞生命活动起着至关
重要的作用[23]。本研究表明, 花生中的果糖-1,6-二磷酸醛
缩酶与大豆、葡萄和苜蓿等植物中的果糖-1,6-二磷酸醛缩
酶同源性非常高(图2), 在进化树中与豆科植物聚在一起
(图3), 表明该蛋白在植物进化过程中非常保守 , 同时也
暗示了其在功能上的保守性。
亚细胞定位预测结果显示 , 花生果糖-1,6-二磷酸醛
缩酶基因定位于叶绿体中 , 其 N端1~33个氨基酸为叶绿
体定位信号肽。在植物细胞中至少存在2种果糖-1,6-二磷
酸醛缩酶的异构形式[24]。他们由部分同源的基因编码, 因
此他们的结构不同并且定位在不同的亚细胞部位 , 分别
是细胞质和叶绿体[25-26]。前人研究表明, 水稻中细胞质定
位的果糖-1,6-二磷酸醛缩酶基因包含2个外显子, 而叶绿
体定位的果糖-1,6-二磷酸醛缩酶基因包含6个外显子, 与
我们的预测结果类似 , 水稻叶绿体定位的果糖-1,6-二磷
酸醛缩酶 N 端编码一个叶绿体定位的信号肽(46个氨基
酸)[25-26]。细胞质中的果糖-1,6-二磷酸醛缩酶主要催化1,6-
二磷酸果糖生成磷酸二羟丙酮和3-磷酸甘油醛反应 , 提
高糖酵解途径, 因此在ATP的生成方面具有重要功能, 并
且此过程不需要氧气的参与[27-31]。与之相反的是, 质体定
位的醛缩酶主要是催化磷酸二羟丙酮和3-磷酸甘油醛生
成1,6-二磷酸果糖。这个反应是光合碳还原循环中的重要
步骤, 同时受光的调节, 因此在光合作用碳同化方面具有
重要功能[6,32]。可见, 对于果糖-1,6-二磷酸醛缩酶基因来说,
亚细胞定位对于其功能起着决定性作用, 下一步还需要通
过瞬时表达系统对 AhFBA1的确切亚细胞定位情况验证。
研究表明果糖-1,6-二磷酸醛缩酶基因尤其是叶绿体
定位的果糖-1,6-二磷酸醛缩酶在植物非生物胁迫抗性调
控方面起着关键作用。在盐胁迫的小麦中果糖二磷酸醛缩
酶蛋白含量明显增加 [33], 然而用重金属镉离子处理拟南
芥后 , 发现植物体内的果糖-1,6-二磷酸醛缩酶蛋白含量
明显减少[34]。在烟草中过表达叶绿体型果糖-1,6-二磷酸醛
羧酶基因可提高其耐盐性 , 脯氨酸含量也会增加 [11,35]。
Purev 等 [36]克隆到一种果糖 -1,6-二磷酸醛缩酶基因
ClAldC, 在缺氧、过氧化氢、冰冻条件下表达量升高, 但
在盐胁迫条件下表达量变化不明显。Yamada 等[6]在一种
耐盐烟草中分离到 2 种果糖-1,6-二磷酸醛缩酶, 其氨基
酸序列相似性高达 91%, 但在盐胁迫条件下其中一种果
糖 -1,6-二磷酸醛缩酶基因的表达量明显升高 , 另一种的
表达量略有降低; 在另外 2种烟草中发现这 2种果糖-1,6-
二磷酸醛缩酶基因在盐胁迫下表达量都降低。Zhang等[37]
在对盐藻的研究中发现其果糖-1,6-二磷酸醛缩酶基因在
高盐胁迫条件下表达量升高 , 其机制与果糖-1,6-二磷酸
醛缩酶参与糖酵解并合成甘油来调节盐藻细胞内渗透压
有关。可见, 果糖-1,6-二磷酸醛缩酶家族成员对不同的非
生物胁迫有不同的响应方式。研究其在各种非生物胁迫下
的表达模式有助于阐明基因功能 , 为后续研究奠定重要
的分子基础。荧光定量 PCR结果表明, 花生果糖-1,6-二磷
酸醛缩酶 AhFBA1基因在花生叶片中对低温略有响应, 在
花生根中对盐胁迫有明显响应 , 在花生根和叶片中对干
旱胁迫均有明显响应(图 4)。根据该结果, 我们推测花生
AhFBA1可能参与花生对非生物胁迫尤其是高盐和干旱胁
迫的抗性调控。同时我们还发现对于低温胁迫, AhFBA1
的表达在叶片中的响应强于根中; 而对于干旱和高盐胁
迫, AhFBA1 的表达在根中的响应强于叶片中。推测出现
这种结果的原因可能是因为低温胁迫中叶片直接与外界
环境接触, 而在 NaCl 和 PEG6000 处理中, 根直接与处理
液接触。
此外 , 植物对非生物胁迫的逆境适应性调控路径有
ABA-dependent的方式和ABA-independent的方式[38], 说
明果糖-1,6-二磷酸醛缩酶的表达受ABA的调控。Osakabe
等[39]发现拟南芥RPK1 T-DNA插入突变体在种子萌发、幼
苗生长和气孔关闭等方面表现出对ABA不敏感的表型 ,
进一步研究表明大多受到ABA上调的基因在该突变体中
表达量下降, 其中包括果糖-1,6-二磷酸醛缩酶基因表达
量也下调; Abe等[40]发现超表达AtMYC2和AtMYB2的拟南
第 5期 陈 娜等: 花生果糖-1,6-二磷酸醛缩酶基因 AhFBA1的克隆与表达 939



图 4 低温、高盐和干旱胁迫下 AhFBA1基因在花生根和叶中在的表达模式分析
Fig. 4 Expression analysis of AhFBA1 in root and leaf under abiotic stresses

图 5 AhFBA1基因在外源 ABA胁迫下在花生根和叶片中表达模式
Fig. 5 Expression of AhFBA1 in root and leaf under ABA stresses

芥转基因植株对 ABA更加敏感, 可能是通过上调 rd22基
因, 同时很多 ABA 响应基因在转基因植株中也上调, 其
中包括了果糖-1,6-二磷酸醛缩酶基因。本研究证明, 花生
AhFBA1 的表达在花生根和叶片中均受外源 ABA 的诱导,
花生果糖-1,6-二磷酸醛缩酶可能是以 ABA-dependent 的
方式调控花生对非生物胁迫的抗性。
本研究初步证明了花生果糖-1,6-二磷酸醛缩酶基因
的表达受各种非生物胁迫的诱导 , 可能参与花生非生物
胁迫抗性调控过程。下一步将通过转基因手段将该基因转
入花生或拟南芥中 , 详细分析该基因在花生对非生物胁
迫适应性中的功能, 进一步研究其可能的作用机制。
References
[1] Jang J C, Leon P, Zhou L, Sheen J. Hexokinase as a sugar sensor
in higher plants. Plant Cell, 1997, 9: 5–19
[2] Loreti E, Bellis L, Alpi A, Perata P. Why and how do plant cells
sense sugars? Ann Bot, 2001, 88: 803–812
940 作 物 学 报 第 40卷


[3] Folgado R, Sergeant K, Renaut J, Swennen R, Hausman J F,
Panis B. Changes in sugar content and proteome of potato in re-
sponse to cold and dehydration stress and their implications for
cryopreservation. J Proteomics, 2014, 98:99–111
[4] Ramon M, Rolland F, Sheen J. Sugar sensing and signaling.
Arabidopsis Book, 2008, 6: e0117
[5] Cho Y H, Yoo S D. Signaling role of fructose mediated by
FINS1/FBP in Arabidopsis thaliana. PLoS Genet, 2011, 7:
e1001263
[6] Yamada S, Komori T, Hashimoto A, Kuwata S, Imaseki H, Kubo
T. Differential expression of plastidic aldolase genes in Nicotiana
plants under salt stress. Plant Sci, 2000, 154: 61–69
[7] Jiang Y, Yang B, Harris N S, Deyholos M K. Comparative pro-
teomic analysis of NaCl stress-responsive proteins in Arabidopsis
roots. J Exp Bot, 2007, 58: 3591–3607
[8] Ndimba B K, Chivasa S, Simon W J, Slabas A R. Identification of
Arabidopsis salt and osmotic stress responsive proteins using
two-dimensional difference gel electrophoresis and mass spec-
trometry. Proteomics, 2005, 5: 4185–4196
[9] Provart N J, Gil P, Chen W, Han B, Chang H S, Wang X, Zhu T.
Gene expressionphenotypes of Arabidopsis associated with sensi-
tivity to low temperatures. Plant Physiol, 2003, 132: 893–906
[10] Lu W, Tang X, Huo Y, Xu R, Qi S, Huang J, Zheng C, Wu C A.
Identification and characterization of fructose 1,6-bisphosphate
aldolase genes in Arabidopsis reveal a gene family with diverse
responses to abiotic stresses. Gene, 2012, 503: 65–74
[11] Fan W, Zhang Z L, Zhang Y L. Cloning and molecular charac-
terization of fructose-1,6-bisphosphate aldolase gene regulated by
high-salinity and drought in Sesuvium portulacastrum. Plant Cell
Rep, 2009, 28: 975–984
[12] Chen M, Mishra S, Heckathorn S A, Frantz J M, Krause C.
Proteomic analysis of Arabidopsis thaliana leaves in response to
acute boron deficiency and toxicity reveals effects on photosyn-
thesis, carbohydrate metabolism, and protein synthesis. J Plant
Physiol, 2014, 171:235–242
[13] Koch K. Sucrose metabolism: regulatory mechanisms and pivotal
roles in sugar sensing and plant development. Curr Opin Plant
Biol, 2004, 7: 235–246
[14] Hoekstra F A, Crowe L M, Crowe J H. Differential desiccation
sensitivity of corn and pennisetum pollen linked to their sucrose
contents. Plant Cell Environ, 1989, 12: 83–91
[15] Smeekens S, Rook F. Sugar sensing and sugar-mediated signal
transduction in plants. Plant Physiol, 1997, 115: 7–13
[16] Rolland F, Baena-Gonzalez E, Sheen J. Sugar sensing and sig-
naling in plants: conserved and novel mechanisms. Annu Rev
Plant Biol, 2006, 57: 675–709
[17] Hanson H D, Hitz W D. Metabolic responses of mesophytes to
plant water deficits. Annu Rev Plant Physiol, 1982, 33: 163–203
[18] Wan X, Mo A, Liu S, Yang L, Li L. Constitutive expression of
a peanut ubiquitin-conjugating enzyme gene in Arabidopsis con-
fers improved water-stress tolerance through regulation of stress-
responsive gene expression. J Biosci Bioeng, 2011, 111: 478–484
[19] Wang T, Chen X, Zhu F, Li H, Li L, Yang Q, Chi X, Yu S, Liang
X. Characterization of peanut germin-like proteins, AhGLPs in
plant development and defense. PLoS One, 2013, 8: e61722
[20] 万书波. 中国花生栽培学. 上海: 上海科学技术出版社, 2003.
pp 16–20
Wan S B. Peanut Cultivation in China. Shanghai: Shanghai Sci-
entific and Technical Publishers, 2003. pp 16–20 (in Chinese)
[21] 胡晓辉, 孙令强, 苗华荣, 石运庆, 陈静. 不同盐浓度对花生
品种耐盐性鉴定指标的影响. 山东农业科学, 2011, (11): 35–37
Hu X H, Sun L Q, Miao H R, Shi Y Q, Chen J. Effects of differ-
ent NaCl concentrations on indicators for evaluating salt toler-
ance of peanut varieties. Shandong Agric Sci, 2011, (11): 35–37
(in Chinese with English abstract)
[22] Tabei Y, Okada K, Horii E, Mitsui M, Nagashima Y, Sakai T, Yo-
shida T, Kamiya A, Fujiwara S, Tsuzuki M. Two regulatory net-
works mediated by light and glucose involved in glycolytic gene ex-
pression in Cyanobacteria. Plant Cell Physiol, 2012, 53: 1720–1727
[23] Rutter W J. Evolution of aldolase. Fed Proc, 1964, 23:
1248–1257
[24] Lebherz H G, Leadbetter M M, Bradshaw R A. Isolation and
characterization of the cytosolic and chloroplast forms of spinach
leaf fructose diphosphate aldolase. J Biol Chem, 1984, 259:
1011–1017
[25] Pelzer-Reith B, Penger A, Schnarrenberger C. Plant aldolase:
cDNA and deduced amino-acid sequences of the chloroplast and
cytosol enzyme from spinach. Plant Mol Biol, 1993, 21: 331–340
[26] Tsutsumi K, Kagaya Y, Hidaka S, Suzuki J, Tokairin Y, Hirai T,
Hu D L, Ishikawa K, Ejiri S. Structural analysis of the chloro-
plastic and cytoplasmic aldolase-encoding genes implicated the
occurrence of multiple loci in rice. Gene, 1994, 141: 215–220
[27] Kelley P M, Freeling M. Anaerobic expression of maize fruc-
tose-1,6-diphosphate aldolase. J Biol Chem, 1984, 259:
14180–14183
[28] Russell D A, Wong D M, Sachs M M. The anaerobic response of
soybean. Plant Physiol, 1990, 92: 401–407
[29] Mujer C V, Rumpho M E, Lin J J, Kennedy R A. Constitutive and
inducible aerobic and anaerobic stress proteins in the Echinoch-
loa complex and rice. Plant Physiol, 1993, 101: 217–226
[30] Andrews D L, MacAlpine D M, Johnson J R, Kelley P M, Cobb
B G, Drew M C. Differential induction of mRNAs for the glyco-
lytic and ethanolic fermentative pathways by hypoxia and anoxia
in maize seedlings. Plant Physiol, 1994, 106: 1575–1582
[31] Umeda M, Uchimiya H. Differential transcript levels of genes
associated with glycolysis and alcohol fermentation in rice plants
(Oryza sativa L.) under submergence stress. Plant Physiol, 1994,
106: 1015–1022
[32] Kagaya Y, Nakamura H, Hidaka S, Ejiri S, Tsutsumi K. The pro-
moter from the rice nuclear gene encoding chloroplast aldolase
confers mesophyll-specific and light-regulated expression in
transgenic tobacco. Mol Gen Genet, 1995, 248: 668–674
[33] Kamal A H, Cho K, Kim D E, Uozumi N, Chung K Y, Lee S Y,
Choi J S, Cho S W, Shin C S, Woo S H. Changes in physiology
and protein abundance in salt-stressed wheat chloroplasts. Mol
Biol Rep, 2012, 39: 9059–9074
[34] Sarry J E, Kuhn L, Ducruix C, Lafaye A, Junot C, Hugouvieux V,
Jourdain A, Bastien O, Fievet J B, Vailhen D, Amekraz B, Moulin
C, Ezan E, Garin J, Bourguignon J. The early responses of
Arabidopsis thaliana cells to cadmium exposure explored by
protein and metabolite profiling analyses. Proteomics, 2006, 6:
2180–2198
第 5期 陈 娜等: 花生果糖-1,6-二磷酸醛缩酶基因 AhFBA1的克隆与表达 941


[35] 张晓宁, 王昊, 曲志才, 陈火英, 叶鸣明, 沈大棱. NaCl 诱导
表达的盐藻果糖-1,6-二磷酸醛缩酶基因克隆及原核表达. 复
旦学报, 2002, 41: 593–595
Zhang X N, Wang H, Qu Z C, Chen H Y, Ye M M, Shen D L.
Cloning and prokaryotic expression of the fructose-1,6-
diphosphate aldolase full-length cDNA of Dunaliella salina in-
duced by NaCl. J Fudan Univ, 2002, 41: 593–595 (in Chinese
with English abstract)
[36] Purev M, Kim M K, Samdan N, Yang D C. Isolation of an novel
fructose-1,6-bisphosphat aldolase gene from Codonopsis lanceo-
lata and analysis of the response. Mol Biol, 2008, 42: 206–213
[37] Zhang X N, Qu Z C, Wan Y Z, Zhang H W, Shen D L. Applica-
tion of suppression subtractive hyhridization (SSH) to cloning
differentially expressed cDNA in Dunaliella salina (Chlorophyta)
under hyperosmotic shock. Plant Mol Biol Rep, 2002, 20: 49–57
[38] Xu Z Y, Kim D H, Hwang I. ABA homeostasis and signaling in-
volving multiple subcellular compartments and multiple receptors.
Plant Cell Rep, 2013, 32: 807–813
[39] Rajjou L, Belghazi M, Huguet R, Robin C, Moreau A, Job C, Job
D. Proteomic investigation of the effect of salicylic acid on
Arabidopsis seed germination and establishment of early defense
mechanisms. Plant Physiol, 2006, 141: 910–923
[40] Abe H, Urao T, Ito T, Seki M, Shinozaki K, Yamaguchi-
Shinozaki K. Arabidopsis AtMYC2 (bHLH) and AtMYB2 (MYB)
function as transcriptional activators in abscisic acid signaling.
Plant Cell, 2003, 15: 63–78