全 文 ：作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2015, 41(5): 717724 http://zwxb.chinacrops.org/
ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9 E-mail: xbzw@chinajournal.net.cn

本研究由国家高技术研究发展计划(863计划)项目(2013AA102604)和国家自然科学基金(31171605, 31371688)资助。
* 通讯作者(Corresponding author): 徐景升, E-mail: xujingsheng@126.com, Tel: 13959174787
第一作者联系方式: E-mail: qpchengwei@163.com, Tel: 13015748369
Received(收稿日期): 2014-12-09; Accepted(接受日期): 2015-03-19; Published online(网络出版日期): 2015-03-30.
URL: http://www.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20150330.1616.003.html
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2015.00717
甘蔗转录激活因子 ScCBF1基因的克隆与表达分析
成 伟 郑艳茹 葛丹凤 程光远 翟玉山 邓宇晴 彭 磊
谭向尧 徐景升*
福建农林大学 / 农业部福建甘蔗生物学与遗传改良重点实验室, 福建福州 350002
摘 要: 植物在受到低温、高盐、干旱等非生物逆境胁迫后, CBF 结合因子(C-repeat/dehydration-responsive element
binding factor)会诱导一系列非生物胁迫应答基因的表达, 在提高植物抗逆性方面具有重要作用。本研究利用生物信
息学和 RT-PCR (reverse transcription-polymerase chain reaction)方法从甘蔗中克隆到 1 个新的 CBF 类基因, 命名为
ScCBF1。该基因的开放读码框(open reading frame, ORF)长度为 603 bp, 编码 200个氨基酸, 编码蛋白相对分子质量
为 22.80 kD, 理论等电点为 10.31。氨基酸序列比对结果表明, ScCBF1与高粱(Sorghum bicolor)和玉米(Zea mays)中该
蛋白相似度分别是 96%和 94%。进化分析表明 ScCBF1与高粱的亲缘关系最近。qRT-PCR表达分析结果表明, ScCBF1
在甘蔗根、茎、叶中均有表达, 在根中表达量最高。ScCBF1 在低温、干旱、脱落酸(ABA)胁迫下诱导表达, 而高盐
抑制 ScCBF1 的表达。成功构建了原核表达载体 pGEX-6P-1-ScCBF1, 通过 IPTG 诱导, 实现了 ScCBF1 蛋白在大肠
杆菌中的表达。
关键词: 甘蔗; CBF结合因子; 荧光定量 PCR; 原核表达
Molecular Cloning and Expression Analysis of Transcriptional Activators
ScCBF1 Gene from Sugarcane
CHENG Wei, ZHENG Yan-Ru, GE Dan-Feng, CHENG Guang-Yuan, ZHAI Yu-Shan, DENG Yu-Qing,
PENG Lei, TAN Xiang-Yao, and XU Jing-Sheng*
Fujian Agriculture and Forestry University / Key Laboratory of Sugarcane Biology and Genetic Breeding, Ministry of Agriculture, Fuzhou 350002,
China
Abstract: C-repeat/dehydration-responsive element binding factor (CBF) plays an important role in improving plant stress resis-
tance. The CBF can induce a series of abiotic stress responsive gene expression when the plants are subjected to low temperature,
high salt, drought or other abiotic stresses. In this paper, a new CBF-like gene, designed as ScCBF1, was cloned by bioinformatics
and RT-PCR method from sugarcane. Sequence analysis showed that ScCBF1 contained a 603 bp open reading frame (ORF) and
encoded a deduced protein of 200 amino acids. Its molecular weight and isoelectric point were predicted as 22.80 kD and 10.31,
respectively. The amino acid sequence alignment results showed that ScCBF1 shared the similarity of 96% and 94% with the
CBF1 protein from Sorghum bicolor and Zea mays, respectively. Phylogenetic tree analysis revealed that ScCBF1 had closer rela-
tionships with Sorghum bicolor. qRT-PCR showed that ScCBF1 expressed in root, stem and leaf in sugarcane with the highest
expression level in roots. ScCBF1 gene was induced by low temperature, drought or abscisic acid (ABA), but was downregulated
under high salinity. The protokaryotic expression vector pGEX-6P-1-ScCBF1 was successfully constructed and transformed into
E. coli. Under the induction of IPTG, ScCBF1was successfully expressed in E. coli. This study sheds light on the understanding of
the function of ScCBF1.
Keywords: Sugarcane; C-repeat/Dehydration-responsive element binding factor; Quantitative Real-time PCR; Prokaryotic ex-
pression
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低温、干旱及高盐等非生物逆境是影响植物生
长发育的重要限制因素, 严重时甚至导致植物死亡,
在农业生产中危害极大。低温冻害可能造成植物细
胞机械损伤, 引起细胞膜的膜脂相变。干旱和盐害
都属于渗透胁迫, 干旱会引起细胞失水, 严重时会
导致死亡; 盐害会导致植物生长被抑制、光合作用
下降以及活性氧积累等不利影响。研究植物对非生
物逆境的应答机制, 提高植物对逆境的抗性一直是
植物科学领域的研究热点[1]。植物中存在一个以CBF
结合因子 (C-repeat/dehydration-responsive element
binding factor)为主导的低温和脱水响应通路, 在植
物低温响应的基因调控网络中占有核心地位[2]。CBF
类转录因子是一类在植物中特异存在的、在干旱或
低温等非生物逆境胁迫中起重要作用的调控因子。
该类转录因子能特异性识别DRE/CRT (dehydration
responsive element/C-repeat)顺 式 元 件 , 并 能 与
DRE/CRT顺式元件相结合, 从而激活下游一系列响
应干旱、高盐和低温等抗逆基因的表达[3]。1985年
Guy等 [4]首次报道了菠菜(Spinacia oleracea)在冷驯
化过程中相关基因表达的变化, 发现了在冷驯化过
程中起关键作用的CRT/DRE结合因子家族。Fowler
和Thomashow研究发现 [5], 在拟南芥 (Arabidopsis
thaliana)中, CBF/DREB基因表达产物与CRT/DRE元
件的特异性结合 , 能够调节 COR78、 COR47和
COR15a等将近40个低温响应基因协同表达 , 从而
对逆境作出响应 , 激活一系列的抗逆基因的表达 ,
产生一系列生理生化反应, 如可溶性糖积累、甜菜
碱、脯氨酸合成增加, 从而增加植物在逆境环境下
的耐受力, 提高植株的抗逆性[6]。研究与逆境胁迫应
答相关转录因子, 已经成为解析植物响应非生物逆
境基因表达分子调控机制的重要手段之一。目前已
从拟南芥、玉米(Zea mays)、水稻(Oryza sativa)、欧
洲油菜(Brassica napus)等多种植物中分离并鉴定出
CBF类基因[7-10]。但是目前还未见到此类基因在甘蔗
上的研究报道。
在我国, 甘蔗立地条件差, 80%以上甘蔗种植于
坡地或者旱坡地。近年来, 灾害天气频发, 干旱和低
温冻害已经成为影响甘蔗生产的主要因素。在甘蔗
育种上, 耐旱、耐寒是除了甘蔗产量外最重要目标
之一。发掘甘蔗逆境应答基因, 研究甘蔗抗逆机制,
对于甘蔗抗逆育种具有重要意义。本研究从甘蔗中
克隆到一个CBF基因 , 拟运用实时荧光定量PCR技
术研究该基因在不同逆境胁迫下以及不同组织中的
表达模式, 以期为进一步研究甘蔗CBF1基因的功能
提供实验证据。
1 材料与方法
1.1 材料及处理方法
甘蔗品种福农40 (FN40), 由本实验室提供。取
FN40腋芽, 采用腋芽快繁的方法获得无毒组培苗[11]。
培养温度 24℃ , 湿度 60%, 16 h光照 (光照度为
37.5 μmol s–1 m–2)/8 h黑暗, 促根后移至穴盘中水培,
每天换水一次。待组培苗长到5片完全展开叶时, 选
取长势一致的幼苗进行低温(4℃, 30 min、1、2、4
和8 h)、高盐(250 mmol L–1 NaCl, 3、6、12、24和48 h)、
干旱(30% PEG-8000, 3、6、12和24 h)、ABA (100 μmol
L–1 ABA, 6、12、24和48 h)胁迫处理, 每个处理3个
重复, 每个重复3株, 并以正常生长条件下的甘蔗幼
苗作为对照 , 进行取样 [12-14]。另外 , 将甘蔗品种
FN40种植于本实验室的温室内, 正常水肥管理, 白
天最高温度为30℃, 夜晚最低温度为22℃, 湿度为
60%, 待其长到成熟期, 有20个节间时, 随机选择3
株长势一致的植株 , 采集出现可见肥厚带的+1叶 ,
用酒精棉擦拭、消毒 , 取第7节间茎 , 及白色嫩根 ,
用清水漂洗干净, 用液氮速冻所有样品, 置–80℃冰
箱保存备用。
1.2 总 RNA提取及其 cDNA第一链合成
采用TRIzol试剂提取总RNA。使用Nanodrop
(Thermo Scientific, USA)测定RNA的浓度 , 按照
Prime Script RT-PCR Kit使用说明书, 将mRNA反转
录成cDNA第1链, 用于后续基因扩增和作为实时荧
光定量PCR的模板。
1.3 ScCBF1基因的克隆
以玉米CBF1基因序列(EU975322.1)为模板序列,
利用Primer Premier 5软件根据玉米CBF1基因5、3
端保守区域设计特异性引物, 以盐胁迫3 h的甘蔗组
培苗叶片的cDNA作为模板, 利用ScCBF1特异性引
物(表1)进行PCR扩增。反应体系为25 µL, 含Ex Taq
0.125 µL, 10×PCR buffer 2.5 µL, dNTPs 2 µL, 正反
向引物各1 µL, 模板1 µL, ddH2O 17.375 µL。反应条
件为94℃ 4 min; 94℃ 30 s, 55℃ 30 s, 72℃ 1 min,
35个循环; 72℃ 10 min。PCR产物经1%琼脂糖凝胶
电泳, 回收目的片段, 将其连接到pMD 19-T Vector
中, 然后转化大肠杆菌DH5α感受态细胞, 经过蓝白
斑筛选以及菌液PCR验证后, 委托生工生物工程(上
海)有限公司测序。
第 5期 成 伟等: 甘蔗转录激活因子 ScCBF1基因的克隆与表达分析 719


1.4 生物信息学分析
利用DNAMAN和ORF Finder软件, 对克隆获得
的ScCBF1基因的核酸序列及其推测氨基酸序列进
行分析 ; 利用 ExPASy服务器 (http://www.expasy.
org/proteomics) 的 ProtParam 、 Compute pI/Mw 和
ProtScale工具预测ScCBF1蛋白的理化性质和亲疏水
性 ; 利用TEPRED (http://embnet.vital-it.ch/software/
TMPRED_form.html)和TMHMM (http://www.cbs.dtu.
dk/services/TMHMM-2.0/)工具分析ScCBF1蛋白的
跨膜结构域 ; 利用 SignalP4.1 Server (http://www.
cbs.dtu.dk/Services/SignalP/)预测 ScCBF1蛋白的信
号肽; 利用在线软件PSORT (http://psort.hge.jp/form.
html)预测ScCBF1的亚细胞定位 ; 用SOPMA工具
(https://npsaprabi.ibcp.fr/cgi-bin/npsa_automat.pl?page=
npsa_sopma.html), 对ScCBF1蛋白进行二级结构预
测; 利用DNAMAN进行多序列比对; 利用ClustalX、
MEGA5.1 (Neighbor-Joining)构建系统进化树。
1.5 原核表达载体的构建
根据测序获得的目的序列的ORF, 设计特异性
引物(表1), 以CBF1质粒为模板, 扩增并回收目的基
因片段。反应体系为25 µL, 含Ex Taq 0.125 µL,
10×PCR buffer 2.5 µL, dNTPs 2 µL, 上下引物各
1 µL, 模板1 µL, ddH2O 17.375 µL。反应条件为94℃
4 min; 94℃ 30 s, 66℃ 30 s, 72℃ 1 min, 35个循环;
72℃ 10 min。利用1%琼脂糖凝胶电泳检测并回收纯
化CBF1的目的片段, 利用T4连接酶, 16℃连接过夜,
连接到同样双酶切表达载体pGEX-6P-1, 转化大肠
杆菌DH5α感受态细胞 , 经过蓝白斑筛选以及利用
EcoR I 和 Xho I内切酶双酶切鉴定和质粒PCR鉴定,
命名为pGEX-6P-1-ScCBF1, 委托上海生物工程技
术有限公司测序。
1.6 重组质粒的诱导表达
将空质粒和重组质粒转化入宿主菌 E. coli
Rosetta (DE3)中, 挑取单菌落。接种至含有50 mg L–1
氨苄青霉素的LB液体培养基中, 37℃培养过夜。取1
mL培养物接种至10 mL LB液体培养基(含50 mg L–1
Amp)中培养至OD600为0.6时, 加入终浓度为1 mmol
L–1的IPTG, 37℃诱导至12 h (每2 h取样1 mL), 分别
收集菌液, 4℃, 8000 × g, 离心10 min后收集菌体,
加入25 µL蛋白加样缓冲液, 沸水浴5 min, 常温下
12 000 × g, 5 min, 吸取10 µL上清液, 12% SDS-PAGE
电泳检测融合蛋白的表达。
1.7 定量 PCR检测 ScCBF1基因的表达量
根据克隆获得到的ScCBF1基因的ORF序列, 设
计特异性实时荧光定量PCR引物 , 以GAPDH基因
(表1)作为内参基因[15-16]。按照SYBR Green说明书叙
述的定量反应体系, 在7500型实时荧光定量PCR仪
(ABI, USA)上完成定量PCR扩增。每个样品设置3次
技术重复。扩增程序为50℃ 2 min; 40个循环PCR扩
增(95℃ 10 min; 95℃ 15 s, 60℃ 1 min)。反应结束
后, 采用2–ΔΔCt算法分析获得的数据[17]。

表 1 ScCBF1基因克隆与表达所用引物
Table 1 Primers used in ScCBF1 gene cloning and expression analysis
引物名称
Primer
上游引物序列
Forward primer sequence (5→3)
下游引物序列
Reverse primer sequence (5→3)
用途
Use
ScCBF1 ATTCCAATCTGGTCTCGC CAAACCCACCAATCTACG 基因克隆 Gene cloning
ScCBF1-Q CGGACGGTTCATTTCATTCTC GCTTCTTCTTGAACTCCTCCC 荧光定量 Real-time PCR
GAPDH-Q CACGGCCACTGGAAGCA TCCTCAGGGTTCCTGATGCC 荧光定量 Real-time PCR
ScCBF1-PE CGGAATTCATGGGGAAGAACCAGGCGTAC CCCTCGAGTTACTTCCCGAAGAATTTGG 原核表达 Prokaryotic expression
下画线部分表示酶切位点。Sequences underlined indicate enzyme restriction site.

2 结果与分析
2.1 ScCBF1基因的获得与生物信息学分析
利用 RT-PCR 克隆技术克隆得到一个甘蔗
ScCBF1 基因(图 1)。序列分析显示, 该基因 cDNA
全长 708 bp, 其 ORF长度为 603 bp (41~643 bp), 共
编码 200 个氨基酸(图 2)。利用 NCBI 数据库(http://
www.ncbi.nlm.nih.gov/)的 BlastN 工具比对得知 ,
ScCBF1 基因与高粱 (Sorghum bicolor)、玉米 (Zea
mays)、水稻 (Oryza sativa)、二穗短柄草 (Brachy-
podium distachyon)等物种 CBF基因高度同源, 相似
性分别为 96%、94%、78%和 75%。
ProtParam、Compute PI/MW分析表明, ScCBF1
的理论分子量为22.80 kD, 理论等电点为10.31, 不
稳定系数预测为75.41, 表明其为不稳定蛋白。总平
均疏水性是–1.699, 表明该蛋白可能是一种可溶性
720 作 物 学 报 第 41卷


蛋白。利用ProtScale在线软件对ScCBF1氨基酸序列
进行分析表明 , 该蛋白N端有明显的亲水性 , 是亲
水蛋白。且整条多肽链没有明显的疏水区, 多表现
为亲水性, 推断甘蔗ScCBF1是一种可溶性蛋白。利
用TMpred和TMHMM在线分析, 均未发现明显跨膜
结构域, 表明ScCBF1不是跨膜蛋白。利用SignalP4.1
Server对ScCBF1蛋白的信号肽预测表明, ScCBF1蛋
白的N端不含信号肽, 是非分泌蛋白。利用PSORT在
线软件分析得知ScCBF1定位于细胞质。利用在线软
件SOPMA, 对ScCBF1蛋白的二级结构预测分析表
明, ScCBF1蛋白主要存在4种次级结构, 所占比例从
高到低依次是无规则卷曲56.55%、α螺旋33.33%、延
伸链5.99%、β折叠4.12%。

图 1 甘蔗 ScCBF1基因的 PCR扩增结果
Fig. 1 PCR amplified products of ScCBF1
M: 100 bp分子量标记; 1: PCR扩增产物。
M: 100 bp ladder marker; 1: PCR amplified product.

图 2 甘蔗 ScCBF1基因的 cDNA序列及其推导的氨基酸序列(*终止密码子)
Fig. 2 The nucleotide acid sequence of ScCBF1 and its deduced amino acid sequence (* stop codon)
下画线表示翻译起始位点。Underline indicates translation initiation site.

2.2 ScCBF1 蛋白多序列比对以及系统进化树分
析
以 ScCBF1的氨基酸序列为查询探针 , 利用
NCBI中的BlastP程序来比对GenBank的非冗余蛋白
序列数据库。在高粱、玉米、水稻、二穗短柄草
(Brachypodium distachyon)等植物中比对出多个CBF
蛋白, 表明CBF蛋白可普遍存在于植物中。将甘蔗与
高粱(Sorghum bicolor, XP_002448114.1)、玉米(Zea
mays, ACG47440.1)、水稻(Oryza sativa, EAY94703.1)、
二穗短柄草 (Brachypodium distachyon, XP_003580
064.1)的蛋白序列进行多序列比对, 结果表明, 甘蔗
ScCBF1蛋白与其他物种CBF蛋白在N端有较大的保
守性, C端保守性较差(图3)。甘蔗ScCBF1蛋白与高
粱、玉米、水稻和二穗短柄草的蛋白相似度分别为
96%、94%、78%和75%, 表明ScCBF1基因编码氨基
酸序列与单子叶植物的同源性较高。
以小立碗藓 ( P h y s c o m i t re l l a p a t e n s , X P_
001772035.1)的CBF蛋白序列用作外源序列, 使用
MEGA 5.1, 采用NJ法(BootStrap 1000)构建进化树,
分析ScCBF1蛋白与其他物种CBF蛋白的进化关系
(图4)。结果表明, ScCBF1与高粱、玉米等物种进化
距离较近, 而与葡萄、蓖麻等物种进化距离较远。
进化树可以划分为2个群。群I包括甘蔗、高粱、玉
米、水稻、二穗短柄草、乌拉尔图小麦(Triticum urartu,
E M S 5 7 7 6 8 . 1 )等单子叶植物 ; 群 I I包括拟南芥
(Arabidopsis thaliana, BAD44323.1)、大豆(Glycine
第 5期 成 伟等: 甘蔗转录激活因子 ScCBF1基因的克隆与表达分析 721



图 3 甘蔗 ScCBF1氨基酸序列与其他植物同源性比对
Fig. 3 Homologous comparison of ScCBF1 amino acid sequences among sugarcane and other plant species

图 4 不同物种转录激活因子 CBF1的系统进化分析
Fig. 4 Phylogenetic analysis of CBF1s from different plant species

max, NP_001242360.1)、葡萄 (Vitis vinifera, XP_
002278183.2)、蓖麻(Ricinus communis, XP_002524849.1)
和杨树(Populus trichocarpa, XP_002319689.1)等双
子叶植物。在群 I 中, C3和 C4植物的 CBF1 形成 2
个分支。分析表明, CBF1在遗传进化上具有明显的
种属差异。
2.3 ScCBF1基因的表达特性分析
根据荧光定量的数据分析ScCBF1基因的相对
表达量(采用2–ΔΔCt算法分析实验数据), 甘蔗幼苗叶
片在不同胁迫处理下的定量结果显示(图5), ScCBF1
基因能够被低温(4℃)、干旱(30% PEG-8000)、ABA
(100 μmol L–1 ABA)强烈诱导上调表达, 而在NaCl
(250 mmol L–1 NaCl)胁迫下, 基因的表达量显著下
调表达 , 说明NaCl抑制 ScCBF1的表达 (图 5-B)。
ScCBF1明显受4℃低温强烈诱导表达, 胁迫处理30
min后即强烈上调表达, 于2 h达到最大值, 基因表
达量是0 h的6倍, 随后降低(图5-A)。PEG胁迫处理6
h后, ScCBF1表达量达到最大值, 随着胁迫时间增加,
表达量逐渐降低, 胁迫处理48 h后, 基因表达量最
低(图5-C)。ABA胁迫处理6 h后基因表达量最大, 6 h
722 作 物 学 报 第 41卷


表达量约是0 h的3倍, 表明ScCBF1受ABA诱导表达,
进而说明该基因在逆境胁迫应答过程中, 可能是通
过依赖ABA途径来进行(图5-D)。ScCBF1基因的组
织差异特异性表达结果表明 , ScCBF1在根中表达
量最高, 其次是在茎中表达, 在叶中的表达量最小
(图6)。

图 5 ScCBF1基因在不同胁迫下的表达
Fig. 5 qRT-PCR analysis of ScCBF1 expression in different stress treatments


图 6 ScCBF1基因在根、茎、叶中的表达情况
Fig. 6 Expression analysis of ScCBF1 from organs in
sugarcane

2.4 原核表达载体的鉴定与重组蛋白的 SDS-
PAGE分析
将重组质粒pGEX-6P-1-ScCBF1转化至大肠杆
菌DH5α感受态细胞, 经过蓝白斑筛选, 对构建的重
组质粒用EcoR I、Xho I内切酶进行双酶切鉴定和质
粒PCR验证, 酶切产物呈现清晰的两条泳带, 分别
在600 bp (目的基因片段)和5000 bp (载体片段)左右;
质粒PCR结果显示只有一条单一的目的基因条带
(600 bp左右)。对重组质粒测序显示, 序列与原克隆
序列一致, 表明原核表达载体构建成功(图7), 命名
为pGEX-6P-1-ScCBF1。重组质粒SDS-PAGE电泳结
果显示, 在分子量50 kD左右处可见一条特异性条

图 7 pGEX-6P-1-ScCBF1重组质粒双酶切 PCR鉴定
Fig. 7 PCR identification of pGEX-6P-1-ScCBF1 with
EcoR I/Xho I
M1: 15000+2000 bp 分子量标记; M2: 100 bp marker; 1~2: 重组
质粒双酶切片段; 3~4: 质粒 PCR目的片段。
M1: 15000+2000 bp marker; M2: 100 bp marker; 1–2: enzyme
digestion fractions of pGEX-6P-1-ScCBF1; 3–4: amplification
product from the plasmid.
第 5期 成 伟等: 甘蔗转录激活因子 ScCBF1基因的克隆与表达分析 723


带, CBF1蛋白的大小理论约为 22 kD, 加上 pGEX-
6P-1载体上的 GST标签蛋白大小约为 26 kD, 因此
与本文预测的蛋白大小基本相符, 可以确定该融合
蛋白成功表达(图 8)。为进一步开展 ScCBF1基因的
遗传转化工作奠定了有益基础。

图 8 诱导表达产物的 SDS-PAGE分析
Fig. 8 Analysis of expressed proteins by SDS-PAGE
M: 蛋白质分子质量标准; 1: 未诱导空质粒; 2: IPTG诱导 12 h后
的空质粒; 3: 未诱导重组质粒; 4~9: IPTG分别诱导 2、4、6、8、
10和 12 h后的重组质粒。
M: protein molecular weight marker; 1: pGEX-6P-1 without induc-
tion; 2: pGEX-6P-1 after inducing for 12 h; 3: pGEX-6P-1-ScCBF1
without induction; 4–9: pGEX-6P-1-ScCBF1 after inducing for 2, 4,
6, 8, 10, and 12 hours, respectively.
3 讨论
本研究克隆得到的甘蔗CBF基因ScCBF1具完整
ORF, 有物种特性 , 在进化过程中选择压力大 , 有
很高的保守性, 其表达具组织特异性, 预测在正常
生长条件下主要在根部执行功能。ScCBF1基因在低
温、干旱或ABA胁迫下上调表达, 在NaCl胁迫处理
下, 表达量明显下调。不同物种的CBF基因对非生物
逆境的响应存在差异, 在拟南芥中, DREB/CBF基因
在低温逆境下诱导表达, 但不被高盐和干旱逆境诱
导表达[18]; 在玉米中, CBF基因在低温、干旱、高盐
逆境下被诱导表达, 在ABA胁迫下不被诱导表达[5];
在黑麦草中的DREB/CBF基因在低温逆境下被诱导
表达, 但在高盐、干旱和脱落酸逆境下不被诱导表
达[19]; 而大豆中, DREB/CBF基因在低温逆境下被诱
导表达, 不被干旱、高盐和脱落酸诱导表达[20]。ABA
作为逆境胁迫信号在提高植物抗逆性中的作用已成
为共识[21-22]。Liu等[23]研究表明, 拟南芥在低温或干
旱情况下会产生ABA, 并通过CRT/DRE元件诱导
COR (cold-regulated gene)基因表达, 从而提高植物
抗冷性。本研究结果表明, ScCBF1基因表达与ABA
相关, 说明ScCBF1基因可能是通过依赖ABA胁迫应
答途径来参与胁迫应答过程。CBF1基因在不同物种
中的差异表现, 说明该基因具有对非生物逆境应答
的一般功能, 还具有物种特异性[24]。因此, 在不同的
物种中, CBF1基因响应非生物逆境的表达分子调控
机制可能会有所不同。甘蔗是复杂的非整倍体植物,
栽培种甘蔗染色体倍数为10, 存在很多等位基因 ,
其调控模式可能更加复杂。
ScCBF1在大肠杆菌中成功诱导表达, 证明了本
研究获得的ScCBF1基因的编码框的正确性, 为进一
步了解该基因在甘蔗逆境胁迫应答机制中的作用 ,
通过遗传转化手段进一步验证该基因的功能奠定了
实验基础[25]。
4 结论
从甘蔗中克隆得到 ScCBF1 基因, 其 ORF 长为
603 bp, 编码 200个氨基酸。ScCBF1与高粱和玉米
的该基因同源性分别高达 96%和 94%。该基因在根、
茎、叶中均有表达 , 其中在根中的表达量最大。
ScCBF1 基因受低温胁迫诱导其表达量在短时间内
迅速上调, 能在干旱、ABA 胁迫下诱导表达, 而在
高盐逆境下, 抑制 ScCBF1基因的表达。推测该基因
在逆境信号传导及植物抗逆过程中扮演重要作用。
在大肠杆菌中成功表达 ScCBF1 蛋白, 证明该基因
确实能够编码相应蛋白。
References
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