全 文 ：作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2015, 41(9): 13241332 http://zwxb.chinacrops.org/
ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9 E-mail: xbzw@chinajournal.net.cn

本研究由国家自然科学基金项目(31301374, 31071457)资助。
* 通讯作者(Corresponding author): 郭清泉, E-mail: qingqg@yahoo.com
第一作者联系方式: E-mail: 462994081@qq.com **同等贡献(Contributed equally to this work)
Received(收稿日期): 2014-12-26; Accepted(接受日期): 2015-05-04; Published online(网络出版日期): 2015-06-03.
URL: http://www.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20150603.1613.016.html
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2015.01324
苎麻肉桂酰辅酶 A 还原酶基因 cDNA 序列的克隆与分析
唐映红 1,** 陈建荣 2,** 刘 芳 2 袁有美 1 郭清泉 2,* 昌洪涛 1
1 湖南农业大学农学院, 湖南长沙 410128; 2长沙学院生物与环境工程系, 湖南长沙 410022
摘 要: 根据苎麻转录组测序信息, 利用 RACE 法克隆出 2 个肉桂酰辅酶 A 还原酶基因全长 cDNA 序列, 对其进行
生物信息学分析, 并利用荧光定量技术对苎麻快速生长期、成熟期和成熟后期该基因在木质部和韧皮部的表达模式
进行研究。结果表明, BnCCR1全长 1056 bp, 编码 277个氨基酸, Blast比对 BnCCR1基因与白桦、蓖麻 CCR基因核
苷酸序列相似性均为 70%, 推测的氨基酸与蓖麻 CCR基因氨基酸序列相似度为 77%, 蛋白质预测显示其 N端存在一
个 3 Beta-HSD/Epimerase/NAD-binding-10 的保守域; BnCCR2 基因全长 1291 bp, 编码 248 个氨基酸, Blast 比对
BnCCR2基因与毛果杨 CCR基因核苷酸序列相似度为 74%, 推测的氨基酸与蓖麻、毛果杨 CCR基因氨基酸序列相似
度均为 81%, 蛋白质预测显示其 N端存在一个 3 Beta-HSD/Epimerase/NAD-binding-4的保守域; BnCCR1和 BnCCR2
基因编码蛋白三维模型与矮牵牛 CCR 基因相似度分别达 30.68%、44.77%, 建模结果可靠 ; 荧光定量结果显示
BnCCR1和 BnCCR2基因具有时期表达差异性, 不具有组织表达差异, 但不同组织表达量具有差异。推测 BnCCR1和
BnCCR2基因是存在于苎麻木质素代谢中的两种 CCR基因。
关键词: 苎麻; 肉桂酰辅酶 A还原酶基因; 木质素; 组织表达
cDNA Cloning and Analysis of Cinnamoyl-CoA Reductase Gene from Boeh-
meria nivea
TANG Ying-Hong1,**, CHEN Jian-Rong2,**, LIU Fang2, YUAN You-Mei1, GUO Qing-Quan2,*, and CHANG
Hong-Tao2
1 College of Agricultural, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China; 2 Department of Biological and Environmental Engineering,
Changsha University, Changsha 410003, China
Abstract: Two cDNA sequences of cinnamoyl-CoA reductase genes were cloned by RACE technology base on transcriptome
sequencing data of Boehmeria nivea, and their bioinformatics were analyzed. Their expression levels in tissues of phloem and
xylem were also tested respectively in rapid-growth stage, maturation stage and late maturity stage by quantitative Real-time PCR.
The results showed that the BnCCR1 was 1056 bp in length and encoding 277 amino acids. Blast and protein structure analysis
showed that its cDNA sequence shared a homology of 70% compared with Betula platyphylla and Ricinus communis CCR, and its
amino acids did a homology of 77% compared with that of Ricinus communis. Protein prediction showed its protein N terminal
with a conservative field of 3 Beta-HSD/Epimerase/NAD-binding-10. The coding sequence of BnCCR2 gene was 1291 bp, and
could be translated into a 248 amino acids. Blast and protein structure analysis showed that its cDNA sequence had a homology of
74% compared with Populus trichocarpa CCR, and its amino acids had a homology of 81% compared with these of Ricinus
communis and Populus trichocarpa. Protein prediction showed its protein N terminal with a conservative field of 3 Beta-HSD/
Epimerase/NAD-binding-4. Three-dimensional structures of BnCCR1 and BnCCR2 had relatively high similarity with CCR genes
in petunias, and the similarity was 30.68% and 44.77% respectively. The result of qRT-PCR indicated that the expression of both
BnCCR1 and BnCCR2 was different in different periods, while not in different tissues, but the levels of expression in different
tissues showed significant differences. We speculated that BnCCR1 and BnCCR2 are different CCR genes in lignin metabolism of
Boehmeria nivea, and the result of this study provide a theoretical basis for further exploration of their function in the ramie lignin
第 9期 唐映红等: 苎麻肉桂酰辅酶 A还原酶基因 cDNA序列的克隆与分析 1325


biosynthesis and regulation.
Keywords: Boehmeria nivea; Cinnamoyl-CoA reductase gene; Lignin; Tissue expression
近年来, 肉桂酰辅酶 A 还原酶(cinnamoyl-CoA
reductase, CCR)受到了许多研究者的关注 , 早在
1972 年就有学者发现其与木质素生物合成相关, 随
即 CCR基因在拟南芥、象草、杉木、白桦、丹参、
桉树等[1-6]植物中被成功分离纯化, 并利用分子生物
学手段对CCR基因进行研究, 证实CCR基因是木质
素合成途径上的关键酶基因, 对木质素代谢途径乃
至次生代谢均有重要的调节作用。目前 CCR基因的
研究主要集中在细胞壁的生成、抗菌和抗逆等方面。
CCR 作为催化木质素特异合成途径的第一步反应酶,
被认为是调节碳素流向木质素潜在的控制点, 可能
是木质素合成的限速反应, 控制着碳素进入木质素
合成途径[7]。研究苎麻 CCR基因对苎麻木质素代谢
途径及代谢调控具有重要意义。
苎麻[Boehmeria nivea (L.) Gaud.]是中国传统的
优质纤维植物, 其纤维与木质素、果胶、半纤维素
等伴生, 降低伴生物的含量有利于纤维的多用途利
用。植物木质纤维的生物合成已成为研究热点, 对
其进行基因调控已有成功案例[8-9]。研究苎麻木质纤
维生物合成机制有利于改良其品质。陈建荣等[10]研
究了苎麻木质素生物合成关键酶 CCoAOMT 基因,
田志坚等[11]研究了苎麻纤维素合成酶, 近年来人们
陆续研究了苎麻的 CesA[12-14]、FB27[15]、COMT[16]、
CAD[17]等基因, 而有关苎麻 CCR基因的研究报道几
乎没有。
本试验通过克隆苎麻木质素生物代谢途径中的
CCR 基因, 分析该基因的相关生物信息学信息、预
测其部分蛋白功能、基因表达特异性等。为通过干
扰 CCR基因的表达来减少苎麻木质素的合成, 以增
加纤维素含量, 提高苎麻纤维品质。
1 材料与方法
1.1 试验材料
苎麻品种湘苎3号(湘品审第67号)由湖南农业大
学郭清泉等选育 , 取成熟期的苎麻茎段提取总
RNA。 SV Total RNA Isolation Kit购自 Promega;
M-MLV First Strand Kit购自Invitrogen; 3和5-Full
RACE Kit、Ex Taq DNA聚合酶、pMD18-T Vector、
2×SYBR Premix Ex Taq购自TaKaRa; DNA Marker购
自 Fermentas; Gel Extraction Kit 购 自 OMEGA;
Stratagene Mx3005 System购自Agilent。
1.2 苎麻总 RNA的提取
按SV Total RNA Isolation试剂盒说明书, 提取
苎麻茎段的混合总RNA, 并用1%琼脂糖凝胶电泳检
测总RNA的完整性, 紫外分光光度计检测总RNA的
浓度和质量。
1.3 PCR产物纯化、连接、转化及测序方法
按Gel Extraction Kit说明书回收纯化PCR产物;
将PCR产物与pMD18-T载体连接 , 转化大肠杆菌
DH5α, 以目标引物验证阳性克隆, 送铂尚生物技术
有限公司测序, 并比对分析测序结果, 确认含目的
基因cDNA序列片段的克隆。
1.4 CCR基因核心 cDNA序列克隆
根据湘苎3号转录组测序数据[18]中2个CCR基因
的序列信息 , 分别记为CCR1、CCR2, 采用Primer
Premier 5.0软件分别设计1对特异引物, CCR1上游引
物 为 5′-CTGCTGGAGCGATGAATCACTATGC-3′,
CCR1下游引物为 5′-CCAATGAACCCGTGCCACA
AAT-3′, CCR2上游引物为5′-CCACTGGAGTTGACC
GACA-3′, CCR2下游引物为5′-CCCTTGAGCGACA
GGTTTAT-3′。按照反转录试剂盒M-MLV First Strand
Kit说明书合成cDNA第1链 , 以cDNA为模板进行
PCR, 经多因素试验将反应体系和反应程序优化 ,
反应体系为20 μL, 包含cDNA 1 μL、上下游引物(10
μmol L–1)各1.04 μL、10×Ex Taq缓冲液2.0 μL、dNTP
2.0 μL、Ex Taq酶0.16 μL、ddH2O 12.76 μL。反应程
序为94℃ 5 min, 94℃ 30 s、57℃ 30 s (CCR1 57℃、
CCR2 52℃)、72℃ 1 min、30个循环, 72℃ 10 min,
反应终止于4℃。PCR产物经纯化、连接、转化和测
序获得目的片段。
1.5 CCR基因全长 cDNA序列的克隆
在CCR基因核心序列靠近3末端和5末端位置
分别设计3和5-RACE巢式PCR引物, CCR1 3RACE
IN Primer为5-CTAAGATTTGTGGCACGGGTTCAT
TGG-3′, CCR1 3RACE OUT Primer为5′-ATAGAGCA
GAGAAGGCAGCGT-3′, CCR1 5RACE IN Primer为
5′-CCTGCTCATTGCCTCAAACAC-3′, CCR1 5RACE
OUT Primer为5′-TGTGTCGCCCAATGAACCCGTG-
3′, CCR2 3RACE IN Primer为5′-CCGAGGCTTTGA
ACATTTTGCGACAG-3′, CCR2 3RACE OUT Primer为
5′-GCAACCAACCGTTAATCTCACT-3′, CCR2 5RA
CE IN Primer为5′-GCTGTCGCAAAATGTTCAAAG
1326 作 物 学 报 第 41卷

CCTCG-3′, CCR2 5RACE OUT Primer为5′-CCCTTG
AGCGACAGGTTTAT-3′。然后按照3和5-Full RACE
Kit说明书 , 将提取的总RNA反转录合成 3和 5
RACE cDNA第1链, 并以这2种cDNA为模板, 分别
完成3端和5端序列的RACE扩增。PCR产物经纯化、
连接、转化后测序比对分析获得目的片段。
1.6 BnCCR基因的生物信息学分析
将RACE测序结果和核心序列用DNAStar软件
拼接得到BnCCR基因全长cDNA序列 ; 然后利用在
线分析网站 (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/gorf/gorf.
html)预测BnCCR基因的开放读码框 , 并通过NCBI
网站对BnCCR基因核苷酸和氨基酸序列进行Blast比
对分析 ; 最后利用ExPASy Protparam预测与分析
BnCCR基因编码蛋白的理化性质、ExPASy SMART
预测与分析蛋白功能结构域、Swiss-Model和PyMOL
预测与分析蛋白三维结构。
1.7 BnCCR基因的表达分析
分别取湘苎 3 号快速生长期、成熟期和成熟后
期茎秆木质部与韧皮部的材料, 参照 1.2 方法提取
总 RNA, 以苎麻肌动蛋白(Actin 1)基因为内参, 利
用 Stratagene Mx3005 System进行实时荧光定量 PCR
(表 1), 研究不同时期、不同部位 BnCCR 基因的表达
情况。按照 2×SYBR Premix Ex Taq说明书, 反应体系
为 12.5 μL, 包含 2×SYBR Premix Ex Taq 6.25 μL、
cDNA 1 μL、上下游引物(10 μmol L–1)各 0.5 μL, ddH2O
4.25 μL; 反应程序为 95℃ 30 s, 95℃ 5 s、55℃ 30 s
(CCR1 55℃、CCR2 55.9℃)、40个循环, 每个样品设
4个重复, 利用 2–ΔΔCT法计算目的基因的表达量。

表 1 实时荧光定量 PCR 检测 BnCCR 基因表达所用引物
Table 1 List of primers used in BnCCR expression with qPCR
引物名称
Primer name
产物长度
Product (bp)
上游引物
Forward sequence (5–3)
下游引物
Reverse sequence (5–3)
CCR1 152 GCTGGAGCGATGAATCACTATG GCAAAACTCAGGGCCGGTA
CCR2 142 GACCGACAGGCAGAACTGATTG GCGTCAGAGGTCTCCCGTTTA
Actin 1 137 CGTTGAACCCTAAGGC ATCCAGCACGATACCAG

2 结果与分析
2.1 苎麻茎段总 RNA的提取
从电泳图谱上看到, RNA条带清晰, 可见 28S、
18S两条带, 且 28S条带的亮度是 18S的 2倍(图 1),
表明 RNA基本无降解且没有蛋白质的污染。经紫外
分光光度计检测表明, RNA 浓度为 2084 μg mL–1,
OD260/280=1.95, 可见 RNA提取质量满足分子克隆实
验需求。
2.2 CCR基因全长 cDNA序列的克隆
以苎麻 cDNA为模板, 经 PCR扩增、电泳检测

图 1 苎麻茎段总 RNA 电泳图
Fig. 1 Electrophoresis analysis of total RNA of ramie’s stem
(图 2), 获得 CCR1 基因核心序列约 400 bp, 测序后
实际长度为 404 bp; CCR2基因核心序列约 600 bp,
测序后实际长度为 593 bp。
CCR1基因 3RACE和 5RACE PCR产物经凝胶
电泳检测(图 3)长度大约分别为 300 bp和 700 bp, 测
序得到实际片段长度分别为 280 bp和 687 bp。
CCR2基因 3RACE和 5RACE PCR产物经凝胶
电泳检测(图 4)长度大约分别为 450 bp 和 1000 bp,
测序得到实际片段长度分别为 402 bp和 914 bp。
2.3 CCR基因序列分析
通过DNAStar软件拼接 CCR1基因序列, 得到全

图 2 苎麻 CCR1 基因和 CCR2 基因核心序列电泳图
Fig. 2 Electrophoresis profile of core sequence of CCR1 gene
and CCR2 gene in ramie
第 9期 唐映红等: 苎麻肉桂酰辅酶 A还原酶基因 cDNA序列的克隆与分析 1327



图 3 苎麻 CCR1 基因 3RACE 和 5RACE 电泳图
Fig. 3 Electrophoresis profile of 3RACE and 5RACE of
CCR1 gene in ramie

图 4 苎麻 CCR2 基因 3RACE 和 5RACE 电泳图
Fig. 4 Electrophoresis profile of 3RACE and 5RACE of
CCR2 gene in ramie
长为1057 bp的核苷酸序列, 其中开放阅读框长831
bp, 5非翻译区78 bp, 3非翻译区144 bp, 其编码的
蛋白含277个氨基酸 (图5), 命名为BnCCR1 (Gen-
Bank登录号为KP001344。将BnCCR1基因序列进行
BlastN比对分析 , 发现其核苷酸序列与白桦(Betula
platyphylla JF732912) 、 蓖 麻 (Ricinus communis
XM_002524605)CCR基因核苷酸序列相似性均为
70%。将BnCCR1基因编码氨基酸序列进行BlastP比
对分析, 发现其氨基酸序列与蓖麻(Ricinus commu-
nis XP_002524651)、蒺藜状苜蓿(Medicago trunca-
tula KEH24813)、白桦(Betula platyphylla AEO45117)
CCR基因氨基酸序列相似性分别为77%、75%、74%。
通过 DNAStar 软件拼接 CCR2 基因序列, 得到
全长为 1291 bp 的核苷酸序列, 其中开放阅读框长
747 bp, 5非翻译区 341 bp, 3非翻译区 203 bp, 其编
码的蛋白含 248 个氨基酸(图 6), 命名为 BnCCR2
(GenBank登录号为 KP001342。BnCCR2基因核苷酸
序列的 BlastN 比对表明 , 其与毛果杨 (Populus
trichocarpa XM002314017)、蓖麻(Ricinus communis
XM_002524605) CCR基因核苷酸序列相似性分别为
74%、72%。BnCCR2基因编码氨基酸序列的 BlastP

图 5 BnCCR1 基因 cDNA 序列及推测的氨基酸序列
Fig. 5 cDNA sequence and its putative amino acid sequences of BnCCR1 gene
1328 作 物 学 报 第 41卷


图 6 BnCCR2 基因 cDNA 序列及推测的氨基酸序列
Fig. 6 cDNA sequence and its putative amino acid sequences of BnCCR2 gene

比对表明, 其与蓖麻(Ricinus communis XP_002517
775.1)、毛果杨(Populus trichocarpa XP_002314052.1)
氨基酸序列相似性均为 81%。
2.4 BnCCR 基因编码蛋白理化性质和结构的预
测与分析
2.4.1 BnCCR1基因编码蛋白理化性质和结构的预
测与分析 理化性质分析结果表明, BnCCR1基因
所编码蛋白中含量较高的氨基酸有Ala (9.4%)、Val
(9.0%)、Glu (9.0%)、Thr (8.3%)、Ser (7.9%)、Arg
(6.5%)、Leu (6.5%)、Gly (6.5%); 其中Asp和Glu为
碱性氨基酸, Arg和Lys为酸性氨基酸; 该蛋白分子
量为30.6667 kD、理论等电点为5.84; 总平均疏水指
数为–0.299, 脂肪系数为69.35; 蛋白质不稳定指数
为35.30, 这一分类的蛋白稳定。
NCBI中Conserved Domains数据库中分析显示,
BnCCR1 基因编码蛋白具有其他植物肉桂酰辅酶 A
还原酶共有的 FR-SDR-e [flavonoid reductase (FR),
Short-chain dehydrogenases/reductases (SDR), extended
(e), 类黄酮还原酶-短链脱氢酶/还原酶]保守结构域
模型 , 在相同的蛋白质序列中生成的重叠为 SDR
superfamily。蛋白功能结构域分析结果表明 , 在
BnCCR1基因编码蛋白的 N端存在一个脱氢酶/差向
异构酶/NAD 结合蛋白的结构域, 即与 3 Beta-HSD/
Epimerase/NAD-binding-10 等保守域具有很高的同
源性(图 7)。

图 7 BnCCR1 蛋白结构域的预测
Fig. 7 Predicted domain sites of BnCCR1

采用 Swiss-Model 在线软件对 BnCCR1 基因编
码蛋白质的三维结构进行同源建模, 选择矮牵牛[19]
CCR 蛋白为建模模板, 并用 PyMOL 对建模结果进
行处理。结果表明, BnCCR1蛋白的三维结构与矮牵
牛 CCR蛋白相似性约为 30.66% (图 8)。
2.4.2 BnCCR2基因编码蛋白理化性质和结构的预
测与分析 理化性质分析结果显示, BnCCR2基
因所编码蛋白中含量较高的氨基酸有Leu (11.3%)、
第 9期 唐映红等: 苎麻肉桂酰辅酶 A还原酶基因 cDNA序列的克隆与分析 1329


Val (9.7%)、Ser (8.1%)、Glu (6.9%)、Ile (6.9%)、Gly
(6.0%)和Lys (6.0%); 其中Asp和Glu为碱性氨基酸 ,
Arg和Lys为酸性氨基酸 ; 该蛋白分子量为27.3345
kD、理论等电点为5.64; 总平均疏水指数为0.045,
脂肪系数为104.88; 蛋白质不稳定指数为31.70, 这
一分类的蛋白稳定。
NCBI中Conserved Domains数据库中分析显示,
其具有 FR-SDR-e 的保守结构域模型, 在相同的蛋
白质序列中生成的重叠为 SDR superfamily。功能结
构域的分析结果表明, 在 BnCCR2 基因编码蛋白的
N 端存在一个脱氢酶/差向异构酶/NAD 结合蛋白的
结构域, 即 3 Beta-HSD/Epimerase/NAD-binding-4等
保守域具有很高的同源性(图 9)。

图 8 BnCCR1 蛋白三维结构模型的预测
Fig. 8 Three-dimensional structure prediction of BnCCR1
protein

图 9 BnCCR2 蛋白结构域的预测
Fig. 9 Predicted domain sites of BnCCR2
BnCCR2 基因编码蛋白质三维结构的同源建模
模板选择矮牵牛[19] CCR 蛋白, 结果表明, BnCCR2
蛋白的三维结构与矮牵牛 CCR 蛋白相似性约为
44.77% (图 10)。

图 10 BnCCR2 蛋白三维结构模型的预测
Fig. 10 Three-dimensional structure prediction of BnCCR2
protein

2.5 BnCCR基因的表达特征分析
BnCCR1基因的扩增曲线趋势正常、基线平整、
熔解曲线峰值单一 (图 11-A); 从不同时期来看 ,
BnCCR1基因在木质部和韧皮部的相对表达量成熟
后期较高、快速生长期居中、成熟期较低; 从不同
部位来看, BnCCR1基因于快速生长期和成熟后期时
在木质部的相对表达量均高于韧皮部, 于成熟期时
在韧皮部的相对表达量高于木质部(图12)。
BnCCR2基因的扩增曲线趋势正常、基线平整、
熔解曲线峰值单一 (图 11-B); 从不同时期来看 ,
BnCCR2基因在木质部和韧皮部的相对表达量成熟
期较高、成熟后期居中、快速生长期较低; 从不同
部位来看, 3个时期BnCCR2基因在韧皮部的相对表
达量均高于木质部(图12)。
因此可知, BnCCR1基因和BnCCR2基因在木质
部与韧皮部中均有表达, 说明两基因均不具有组织表
达特异性, 但不同组织中表达量具有差异; BnCCR1

图 11 BnCCR1 基因和 BnCCR2 基因表达定量 RT-PCR 溶解曲线图(Actin1 为内标分子)
Fig. 11 Melting curve in quantitative RT-PCR of BnCCR1 and BnCCR2 (Actin1 is internal reference)
1330 作 物 学 报 第 41卷


图 12 BnCCR 基因在苎麻木质部和韧皮部的表达分析
Fig. 12 Differential expression of BnCCR1 and BnCCR2 in
xylem and phloem of the ramie

和 BnCCR2 基因在不同时期表达规律不一致, 说明
两基因在不同时期具有表达差异, 可能在不同部位
的表达时间不同, 其相互关系尚不明确, 正在进一
步研究中。
3 讨论
根据相关报道, CCR基因存在多基因家族现象,
如小麦的基因组中至少存在两类CCR基因[20]。基于
此, CCR基因在自然界中具有多样性的序列, 比如在
蓝桉中就发现了9种在保守区中发生变异的CCR基
因序列[21]。在苎麻转录组测序数据信息中也发现了
多种核心序列不同的CCR基因序列信息, 本试验克
隆出其中2个CCR基因序列, 其他序列已取得阶段性
研究进展 , 将稍后发布。通过Blast比对 , 发现2个
BnCCR基因与其他物种的CCR基因核苷酸相似性和
氨基酸序列相似性均在70%~81%左右, 2个BnCCR基
因的保守序列均存在于编码区域中, 这与马尾松中
CCR基因相似 [22], 且 2个BnCCR基因编码蛋白与
NCBI数据库中其他物种CCR基因均具有相同的
FR-SDR-e保守结构域模型, 在相同的蛋白质序列中
生成的重叠均为SDR superfamily。另外, BnCCR蛋白
结构和功能的预测结果显示BnCCR1和BnCCR2蛋白
的N端存在一个脱氢酶 /差向异构酶/NAD结合蛋白
结构域, 这与象草、拟南芥、亚麻和苜蓿等[2,23]植物
中CCR蛋白结构一致, 推测可能是其催化还原反应
的主要部位; 苎麻BnCCR1和BnCCR2基因与水稻、
拟南芥等其他双子叶植物CCR基因 [7]中含量较高的
氨基酸都是Val、Glu和Leu; BnCCR1和BnCCR2基因
编码蛋白的三维结构均与矮牵牛CCR蛋白结构相似
性在30%~50%之间, 说明建模结果可靠, 进一步证
明克隆的两个CCR基因是苎麻肉桂酰辅酶A还原酶。
从表达分析结果看, BnCCR1基因在木质部和韧皮部
的表达规律是先降后升, BnCCR2则是先升后降, 这
可能是因为BnCCR1和BnCCR2基因对苎麻木质素生
物合成的作用保持一种平衡的状态, 快速生长期时
BnCCR1起主要作用 , 成熟期时2个基因共同作用 ,
成熟后期时BnCCR2基因发挥主要作用, 2个基因的
具体作用还有待进一步研究; 2个基因均表现出在韧
皮部中相对表达量的变化幅度小于木质部, 这可能
是因为CCR基因是木质素生物合成途径中的关键酶
基因, 其对韧皮部木质化的作用低于对木质部木质
化的作用。综上所述可预测 , 苎麻中至少存在2个
CCR基因, 这与小麦中至少存在2种CCR基因分别在
不同组织中表达 [20]一致 , 且这2个BnCCR基因蛋白
具有催化活性, 对进一步研究蛋白质结构和功能之
间的关系具有至关重要的作用, 本试验结果为阐明
苎麻木质素生物合成途径机理奠定了基础。
木质素(lignin)是一种具芳香族特性的三维高分
子化合物, 是地球上含量仅次于纤维素的天然有机
物。木质素的生物合成是十分复杂的, 目前, 研究最
多的是苯丙烷途径和木质素合成特异途径。以拟南
芥木质素代谢为例 [1], 由苯丙氨酸到形成单体木质
醇 , 由十余种酶来催化 , 依次为苯丙氨酸裂解酶
(PAL)、肉桂酸-4-羟基化酶(C4H)、4-香豆酸辅酶 A
连接酶(4CL)、香豆酸-3-羟化酶(C3H)、羟基肉桂酰
辅酶 A: 奎尼酸羟基肉桂酰转移酶 (CQT)、咖啡酰
辅酶-A-O-甲基转移酶(CCoAOMT)、肉桂酰 CoA还
原酶(CCR)、阿魏酸-5-羟基化酶(F5H)、咖啡酸/5-
羟基阿魏酸-O-甲基转移酶(COMT)、肉桂醇脱氢酶
(CAD)等。从木质素生物合成简图(图 13)可知, 阿魏
酰辅酶 A由 CCR催化生成松柏醛后; 松柏醛经两条
路径(CAD和 F5H分别催化)分别生成 3种木质素单
体, 因此 CCR 是木质素形成的重要关键点。黑麦草[8]
中CCR干扰表达遗传转化证实可显著降低木质素含
量, 平均降低了 34.67%; 宋恩慧等[9]对南林 95 杨
CCR 基因进行干扰表达发现其木质素含量与对照相
比平均降低了 9.86%, 纤维素含量与对照相比平均
增加了 3.17%, 纤维长宽比明显增加, 均表明其转基
因植株更有利于造纸; Dauwe等[24]抑制烟草 CAD基
因表达发现苯丙烷合成降低、细胞壁相关基因有较
高表达。目前, 苎麻木质素代谢途径中 CAD、COMT、
CCoAOMT 等基因都已被分离验证 , 因此 , 苎麻
CCR 基因的克隆与分析, 为进一步研究木质素生物
合成机制提供了研究数据, 为通过基因工程手段调
第 9期 唐映红等: 苎麻肉桂酰辅酶 A还原酶基因 cDNA序列的克隆与分析 1331



图 13 木质素生物合成简图
Fig. 13 Diagram of lignin biosynthesis

控木质素代谢途径创造环保型苎麻品种奠定了基础。
4 结论
基于苎麻转录组数据库克隆的 2个 CCR基因属
于苎麻肉桂酰 CoA 还原酶家族基因。BnCCR1 基因
在木质部和韧皮部的表达规律是先降后升, BnCCR2
则是先升后降, 2个基因均表现出在韧皮部中相对表
达量的变化幅度小于木质部的趋势, 推测这 2个基因
对苎麻木质素生物合成的作用保持一种平衡状态 ,
对韧皮部木质化的作用低于对木质部木质化的作用。
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