全 文 ：作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2014, 40(6): 1002−1010 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), 国家国际合作项目(2013DFA31600), 广西科学研究与技术开发计
划项目 (桂科产1123008-1、桂科攻1222009-1B、桂科合1347004-2), 广西八桂学者、特聘专家专项基金 , 广西自然科学基金项目
(2011GXNSFF018002、2013NXNSFAA019073)和广西农业科学院团队项目(桂农科2011YT01)资助。
* 通讯作者 (Corresponding authors): 杨丽涛 , E-mail: liyr@gxu.edu.cn, Tel: 0771-3236407; 李杨瑞 , E-mail: liyr@gxaas.net, Tel:
0771-3247689
第一作者联系方式: E-mail: xiupengsong@163.com
Received(收稿日期): 2013-11-17; Accepted(接受日期): 2014-03-04; Published online(网络出版日期): 2014-04-09.
URL: http://www.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20140409.1655.010.html
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2014.01002
甘蔗 S-腺苷甲硫氨酸合成酶基因(ScSAM)的克隆及表达
宋修鹏 1 张保青 2 黄 杏 2 杨丽涛 1,2,* 李杨瑞 1,2,*
1 广西大学农学院 / 亚热带农业生物资源保护与利用国家重点实验室, 广西南宁 530004; 2 广西农业科学院 / 中国农业科学院甘蔗
研究中心 / 农业部广西甘蔗生物技术与遗传改良重点实验室 / 广西甘蔗遗传改良重点实验室, 广西南宁 530007
摘 要: 利用 RT-PCR 和 RACE 技术从甘蔗品种新台糖 22 (ROC 22)中克隆获得 SAM 基因的 cDNA 序列, 命名为
ScSAM, GenBank登录号为 KC172558。用生物信息学方法预测分析其序列, cDNA全长 1466 bp, 含有 1个 1191 bp的
完整开放阅读框(ORF), 编码 396 个氨基酸, 与高粱和玉米等植物的 SAM 蛋白有很高的相似性。系统进化树分析显
示, 甘蔗 ScSAM与高粱的 SAM蛋白亲缘关系较近。Real-time PCR分析表明 ScSAM为组成型表达, 在根中的表达量
最高, 是叶中表达量的 3.6倍。其在黑穗病菌胁迫和低温(4℃)、聚乙二醇(PEG)、NaCl非生物胁迫下均被诱导表达, 但
表达模式不同; 在 H2O2胁迫下其表达被抑制。推测其可能参与甘蔗抗黑穗病过程, 且在甘蔗抗寒、抗旱、抗盐和抗
氧化等胁迫过程中也起某种作用。
关键词: 甘蔗; S-腺苷甲硫氨酸合成酶; 克隆; 表达分析
Cloning and Expression of Sugarcane S-adenosylmethionine Synthetase Gene
ScSAM
SONG Xiu-Peng1, ZHANG Bao-Qing2, HUANG Xing2, YANG Li-Tao1,2,*, and LI Yang-Rui1,2,*
1 Agricultural College / State Key Laboratory of Conservation and Utilization of Subtropical Agro-bioresources, Guangxi University, Nanning 530004,
China; 2 Guangxi Academy of Agricultural Sciences / Sugarcane Research Center, Chinese Academy of Agricultural Sciences / Key Laboratory of
Sugarcane Biotechnology and Genetic Improvement (Guangxi), Ministry of Agriculture / Guangxi Key Laboratory of Sugarcane Genetic Improve-
ment, Nanning 530007, China
Abstract: The full-length sequence cDNA of ScSAM (GenBank accession number: KC172558) was cloned from sugarcane vari-
ety ROC 22 using RT-PCR combined with RACE techniques. This sequence consists of 1466 bp with an intact open reading
frame of 1191 bp, encoding a polypeptide of 396 amino acids. Homology analysis showed that the deduced ScSAM protein was
highly homologous to SAM proteins from different species. Phylogenetic analysis indicated that ScSAM was closely related to the
SAM of sorghum. Real-time PCR results showed that the ScSAM gene constitutively expressed in plant, with different expression
levels in root, stalk and leaf. The transcript of ScSAM in root was the highest among the three organs, which was 3.6 times higher
than that in leaf. Furthermore, ScSAM transcription was induced by biotic (smut infection) and abiotic (low temperature, PEG and
NaCl) stresses, but the expression patterns were different. Under oxidative stress (H2O2), the expression of ScSAM was inhibited.
We suggested that ScSAM might participate in smut-resistant activities in sugarcane, and also play a role in sugarcane resistances
to chill, drought, salt and oxidation stresses.
Keywords: Sugarcane; S-adenosylmethionine synthetase (SAM); Clone; Expression analysis
甘蔗(Saccharum officenarum L.)是我国最主要
的糖料和能源作物[1]。甘蔗安全生产受到干旱、盐
渍、极端温度和病虫害的威胁, 利用基因工程的方
法可以有效提高甘蔗的抗逆性 [2], 而挖掘抗逆基因
第 6期 宋修鹏等: 甘蔗 S-腺苷甲硫氨酸合成酶基因(ScSAM)的克隆及表达 1003


是首要基础。S-腺苷甲硫氨酸合成酶 (S-adenosyl-
methionine synthetase, SAM)是植物代谢过程中的一
个关键酶, 它是生物合成多胺和乙烯等的前体, 参
与了植物的转氨丙基、转甲基和转硫等多种重要的
生化反应过程, 还能催化 ATP 与甲硫氨酸反应生成
S-腺苷甲硫氨酸[3-5]。此外, SAM还可与 RNA结合参
与体内基因表达的调控[6-7]。因此, 对 S-腺苷甲硫氨
酸合成酶基因的研究在植物逆境生理、衰老生理、
植物生物代谢及其调控研究上均具有重要的意义。
现已证实多胺和乙烯均积极地参与了植物的抗逆反
应, 因而推测 SAM在植物抵御逆境的过程中也发挥
重要的作用[8-9]。目前已从番茄[10]、盐地碱蓬[11]、玉
米[12]、石蒜[13]和大豆[14]等植物中克隆获得 S-腺苷甲
硫氨酸合成酶基因的 cDNA 序列, 但迄今尚未见有
甘蔗 SAM基因克隆及其在不同组织和不同胁迫条件
下表达特性研究的报道。
本研究在前期甘蔗幼苗响应黑穗病菌侵染的蛋
白质组学研究的基础上(尚未发表), 通过 RT-PCR和
RACE 技术克隆了甘蔗 S-腺苷甲硫氨酸合成酶基因
的全长, 用生物信息学分析该基因的序列特征, 最
后利用 Real-time PCR 技术研究其在不同组织和不
同胁迫下的表达特性, 以期为该基因在甘蔗抗逆特
别是抗病育种中的应用提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 试验材料
以甘蔗品种 ROC 22为材料, 经过炼苗, 选取生
长健壮一致的组培苗种植在沙土比例为 1∶1 的黑
色塑料桶(上径 40 cm, 下径 30 cm, 高 40 cm)中, 置
广西大学甘蔗智能温室大棚, 水分含量控制在田间
持水量的 70%左右, 待其长到 6~7 片真叶时分组处
理。一组针刺接种黑穗病菌[15], 将采集的萌发率在
95%以上的黑穗病病原菌孢子用灭菌的 ddH2O 稀释
成 5×106个 mL–1的悬浮液, 用灭菌的一次性注射器
在甘蔗的生长点针刺 4 次, 然后沿着叶鞘滴 4 滴孢
子悬浮液, 对照组以 ddH2O代替孢子悬浮液, 0、1、2、
3和 4 d后从针刺位点下 2 cm取样; 二组在 4℃处理室
(白昼 16 h/8 h, 湿度 65%)低温处理; 三组用 10 mmol
L–1 H2O2 喷洒叶面 ; 另两组分别用 100 mmol L–1
NaCl 和 15% PEG 浇灌; 上述处理均于 0、6、12、
24、48和 72 h后取样。另取不处理的健康甘蔗 ROC
22根、茎、叶样品作对照。各样品经液氮速冻, 于
–80℃保存备用。
1.2 试验所用试剂
胶回收试剂盒购自 Bioflux公司, Dream Taq酶
购自 Fermentas 公司 , pMD18-T 载体、Reverse
Transcriptase M-MLV试剂盒、Primescript RT Reagent
Kit 和 SYBR Premix Ex Taq 均购自 TaKaRa 公司,
TRIzol 试剂购自北京康为试剂公司, 其他试剂均为
国产分析纯。
1.3 蛋白质点的质谱鉴定
差异蛋白质点经胰蛋白酶酶解后, 取 0.5 μL点
入串联飞行时间质谱仪(4700 Proteomics Analyzer)
的MALDI-TOF靶中, 在校准点内加入外标(已知质
量数的肽混合物)。利用反射模式采集蛋白质的一
级质谱信息(MS), 质量范围在 800~4000 Da, 激光
强度为 4000。一级质谱扫描完成后, 取信号强度最
高的母离子进行二级质谱分析(MS/MS), 用 2 kV的
高电压加速, 用 CID碰撞裂解母离子后获取每个母
离子的离子碎片指纹谱。随后将一级和二级质谱数
据导入 GPS 软件, 利用 MASCOT 搜索算法对质谱
数据综合分析, 搜索 Uniprot 蛋白质数据库(全部生
物种类)和 NCBI (植物)中与试验材料相匹配的相关
蛋白质。
1.4 总 RNA的提取及 cDNA的合成
选用 TRIzol试剂提取甘蔗幼苗总 RNA, 利用琼
脂糖凝胶电泳和 Thermo Scientific NanoDrop 2000/
2000C 检测 RNA 的完整性和浓度。参照 Reverse
Transcriptase M-MLV试剂盒的说明书稍作修改合成
基因克隆所用 cDNA 模板 , 逆转录引物为 RT-P:
5-GGCCACGCGTCGACTAGTACTTTTTTTTTTTT
TTTTTT-3。按照 Primescript RT Reagent Kit说明书
合成荧光定量 PCR所用 cDNA模板, 将样品稀释至
50 ng μL–1保存于–20℃备用。
1.5 ScSAM的克隆及生物信息学分析
以质谱鉴定的 SAM蛋白氨基酸序列为参照, 通
过 Blast 分析, 选取同源性较高的核酸序列, 利用
Vector NTI 11.0设计兼并引物 SAM-F: 5′-ATGGC(A,C)
G(G,C)(G,A,T)(G,C)T(C,T)GA(C,T)ACCTTCCTCTT-
3′, 下游用逆转录加尾引物 3端: 5-GGCCACGCG
TCGACTAGTAC-3。反应体系为 cDNA 1.0 μL、2.5
mmol L–1 dNTPs 2.0 μL、10 μmol L–1上下游引物各
1.0 μL、10×buffer 2.5 μL、Dream Taq酶 0.15 μL和
ddH2O 17.35 μL。反应程序为 95℃ 5 min; 94℃ 35 s,
58℃ 35 s, 72℃ 1.5 min, 35个循环; 72℃ 10 min。
RT-PCR 扩增产物经 1%琼脂糖凝胶电泳, 切胶回收
1004 作 物 学 报 第 40卷


目标条带, 与 pMD18-T载体连接后转化大肠杆菌感
受态细胞 DH5α, 37℃过夜培养, 挑取阳性克隆, 经
菌体 PCR验证后送深圳华大基因科技服务有限公司
测序。结果经 Blast 确认为 SAM 基因, 设计引物
SAM-ORF-F: 5′-ATGGCCGGTCTCGACACCTTCCT
CTT-3′和 SAM-ORF-R: 5′-TTAGGCAGAAGGTTTC
TCCCACTTGAG-3′扩增基因的完整开放阅读框
(open reading frame, ORF)。反应体系及反应程序同
3RACE。
用 BioXM 2.6软件预测 ScSAM编码的氨基酸序
列; 用 NCBI-Protein Blast (http://blast.ncbi.nlm.nih.
gov/)在线分析 ScSAM 与其他物种的同源性 ; 用
ExPASy Proteomics Server的 ProtScale程序预测分析
ScSAM 的亲水性和跨膜结构; 在线 http://isoelectric.
ovh.org/预测 ScSAM 编码氨基酸的等电点和蛋白质
分子量; 用 SOSUIsignal软件预测 ScSAM的信号肽;
用 SOPMA 软件预测其二级结构 ; 用 SMART 和
Motif Scan软件分析其蛋白质功能结构域; 用 Mega
5.0软件构建 SAM氨基酸序列进化树。
1.6 ScSAM的实时荧光定量 PCR分析
根据获得的 ScSAM 序列设计荧光定量 PCR 引
物 Y-SAM-F: 5′-GAGACAGTCACCAATGATGA-3′,
Y-SAM-R: 5′-ATGGGTTAAGGTGGAAGATG-3′; 以
甘蔗 GAPDH (NCBI 登录号为 EF189713)为内参基
因, 内参引物为 Y-GAPDH-F: 5-AAGGGTGGTGCC
AAGAAGG-3和 Y-GAPDH-R: 5-CAAGGGGAGCA
AGGCAGTT-3 [16]。利用 LightCycle480 荧光定量
PCR仪分析, 反应体系 20 μL, 含 2.0 μL的 50 ng μL–1
cDNA 模板、10 μmol L–1各 0.8 μL 上下游引物、
10.0 μL SYBR Premix Ex Taq II、6.4 μL ddH2O, 每个
样品 3个重复。反应程序为 95℃ 30 s; 95℃ 5 s, 60℃
20 s, 共 45个循环; 95℃ 1 s, 65℃ 15 s, 95℃延续,
溶解曲线测定; 40℃ 30 s。利用 2–ΔΔCT法计算基因的
相对表达量。
2 结果与分析
2.1 质谱鉴定
本课题组前期利用蛋白质双向电泳技术研究甘
蔗幼苗响应黑穗病菌侵染时发现蛋白点 8 在接菌处
理和对照样品中其相对表达量分别为 10.34 和 5.10
(图 1)。质谱鉴定分析(表 1)发现, 其与牛奶子和野生

图 1 差异蛋白质点 8相对表达量变化
Fig. 1 Relative expressions of the differentially expressed
protein spot 8

表 1 质谱分析结果
Table 1 Mass spectrometry results
蛋白名称
Protein name
登录号
Accession
No.
蛋白分子量
Protein MW
(kD)
匹配肽段序列
Matched peptide sequence
匹配肽段数
Matched
peptide
蛋白得分
Protein
score
蛋白得分的
统计学可靠程度
Protein score C.I.
(%)
S-腺苷甲硫氨酸合成酶
S-adenosylmethionine
synthetase
牛奶子
(Elaeagnus umbellate)

gi:75308025 43.11 SIVANGLAR, IVRDTCR, TAAYGHFGR,
TIFHLNPSGR, SGAYIVRQAAK, ANVD
YEKIVR, DGTCPWLRPDGK, FVIGGPHG
DAGLTGR, TNMVMVFGEITTK, KDGTC
P W LRPDGK, FVIGGPHGDAGLTGRK,
YLDEKTIFHLNPSGR, VLVNIEQQSPD
IAQGVHGHFTK
13 442 100
S-腺苷甲硫氨酸合成酶
S-adenosylmethionine
synthetase
野生稻
(Oryza rufipogon)

gi|100801600 42.49 IVRETCR, TAAYGHFGR, TQVTVEYR,
NESGAMVPVR, VDRSGAYVAR, TIFHL
NPSGR, ANVDYEKIVR, NGTCAWLRP
DGK, FVIGGPHGDAGLTGR, KNGTCA
WLRPDGK, FVIGGPHGDAGLTGRK, NI
GFVSADVGLDADHCK, TQVTVEYRN
ESGAMVPVR, VLVNIEQQSPDIAQGVHG
HFTK
14 431 100
第 6期 宋修鹏等: 甘蔗 S-腺苷甲硫氨酸合成酶基因(ScSAM)的克隆及表达 1005


稻的 S-腺苷甲硫氨酸合成酶匹配度最高, 蛋白得分
和蛋白得分的统计学可靠程度显著高于质谱成功鉴
定的阈值 60和 95%, 初步推断此差异蛋白为 S-腺苷
甲硫氨酸合成酶(SAM)。
2.2 ScSAM基因全长 cDNA克隆
以逆转录合成的 cDNA 为模板 , 利用引物
SAM-F和 3端进行 PCR扩增, 获得一条约 1.5 kb的
目标条带(图 2-A), 经胶回收纯化、连接转化后挑取
阳性克隆测序表明, 该片段长度为 1466 bp, 经 Blast
分析发现其与其他作物 S-腺苷甲硫氨酸合成酶基因
的相似性为 89%~94%, 命名为 ScSAM, 基因登录号
为 KC172558。序列分析发现其包含一个 375 bp 的
3端非编码区, 一个 1191 bp 的完整开放阅读框(图
2-B), 编码 396个氨基酸(图 3)。
2.3 ScSAM基因生物信息学分析
在线软件预测 ScSAM基因所编码的氨基酸序列
的等电点为 5.40, 蛋白质分子量为 43.07 kD; 使用
频率较高的氨基酸有 Gly、Val、Asp、Ala, 分别占

图 2 ScSAM基因 3RACE (A)和编码框(B)的扩增产物
Fig. 2 Amplified products of 3RACE (A) and ORF (B) of
ScSAM gene
M: DL2000 marker; 1: 目的片段。
M: DL2000 marker; 1: target fragment.

图 3 ScSAM编码区核苷酸序列及推导出的氨基酸序列
Fig. 3 Nucleotide and predicted amino acid sequences of ScSAM
起始密码子 ATG和终止密码子 TAA用下画线表示, S-腺苷甲硫氨酸合成酶特征序列为灰色。
The start codon (ATG) and stop codon (TAA) are underlined. The characteristic sequence of SAM is shaded by grey.
1006 作 物 学 报 第 40卷


总氨基酸的 10.1%、8.6%、7.8%和 7.6%, 频率较低
的氨基酸有 Sec、Trp、Met、Cys, 仅占 0、1.0%、
1.8%和 1.8%; 以 SOSUI Signal软件预测, SAM蛋白
为可溶性蛋白, 不含信号肽; 二级结构预测结果显
示 α-螺旋占 36.11%, 无规卷曲占 40.66%, 延伸链占
15.40%, β-转角占 7.83%。疏水性最大值为 1.73, 最
小值为–2.10; 含有 1 个跨膜区域, 序列为 VHT; 蛋
白质功能结构域预测结果显示 ScSAM 包含 3个
SAMS 的特征序列 , 分别为 GHPDK (17~21)、
GAGDQGHMFGY (122~132)和GGGAFSGKD (269~
277)(图 3), 还含有 1个酰胺化位点, 1个糖基化位点
为, 6个肌酸激酶 2磷酸化位点, 6个肉豆蔻基位点和
6个蛋白激酶 C磷酸化位点。
甘蔗 ScSAM 的氨基酸序列与其他作物 SAM 氨
基酸序列多重比对分析(图4)发现, 它们之间有较高
的同源性, 不同植物 SAM 存在高度保守序列, 但也

图 4 不同作物 SAM氨基酸序列多重比对
Fig. 4 Multiple sequence alignment of amino acids of SAM proteins isolated from different species
gi:242086805: 高粱; gi:195645456: 玉米; gi:288300148: 无芒隐子草; gi:17529621: 水稻; gi:474019723: 小麦; gi:304273278: 剑兰;
gi:444436384: 桉树; gi:224124942: 杨树; gi:166872: 拟南芥。
gi:242086805: Sorghum bicolor; gi:195645456: Zea mays; gi:288300148: Cleistogenes songorica; gi:17529621: Oryza sativa; gi:474019723:
Triticum urartu; gi:304273278: Gladiolus grandiflorus; gi:444436384: Eucalyptus cladocalyx; gi:224124942: Populus trichocarpa;
gi:166872: Arabidopsis thaliana.
第 6期 宋修鹏等: 甘蔗 S-腺苷甲硫氨酸合成酶基因(ScSAM)的克隆及表达 1007


有较明显组成变异。可见 S-腺苷甲硫氨酸合成酶在进
化的过程中保持了足够的遗传稳定性和演化趋同性。
系统进化树分析(图 5)显示甘蔗 S-腺苷甲硫氨酸
合成酶与高粱的 SAM 聚在一起, 表明它们之间亲缘
关系最近。另外杨树和桉树聚在一起, 草莓和拟南芥
聚在一起。但不同植物间 SAM也有很高的同源性。


图 5 ScSAM与其他植物 SAM氨基酸序列的系统进化树
Fig. 5 Phylogentic relationship of amino acid sequences between ScSAM and other SAM proteins
各节点处数值表示 BootStrap值(重复 1000次)。
The numbers next to the nodes give BootStrap values of 1000 replicates.

2.4 ScSAM基因在不同组织中的表达量分析
利用 qRT-PCR技术分析 ScSAM在甘蔗幼苗中的
表达情况表明, ScSAM在根、茎、叶中均有表达, 但
表达量存在明显差异, 在根中表达量最高, 是叶片
中相对表达量的 3.6倍(图 6)。

图 6 甘蔗 ScSAM的组织特异性表达
Fig. 6 Tissue-specific expression of ScSAM gene in root, stalk,
and leaf of sugarcane

2.5 ScSAM 基因在黑穗病病原菌胁迫条件下的
表达量分析
人工接种黑穗病病原菌后 ScSAM的表达总体表
现为先下降后上升再下降的变化趋势(图 7), 接种 1
d后 ScSAM的相对表达量下降, 接种 2 d后表达量迅
速回升, 在接种 3 d后基因的表达量达最高, 为对照
的 1.89倍, 但 4 d后下降到正常水平。
2.6 ScSAM 基因在 4 种非生物胁迫条件下的表
达量分析
在 4种非生物胁迫条件下 ScSAM均被诱导表达,
但响应模式不尽相同(图8)。在 4℃低温胁迫下 ScSAM
的相对表达量随着胁迫时间的延长整体表现缓慢升
高的模式, 48 h后表达量最高, 为对照的 2.18倍。在
PEG 模拟的干旱胁迫下 ScSAM 的表达变化不明显,
24 h后表达量最高, 为对照的 1.23倍。在 NaCl胁迫
下 ScSAM表达量表现出先升高后下降再升高的变化
特点, 2次高峰分别出现在胁迫 12 h和 72 h。在 H2O2
胁迫下 ScSAM的表达整体表现为下降, 12 h后表达
量接近对照, 24 h时表达量最低, 仅为对照的 0.2倍。
3 讨论
S-腺苷甲硫氨酸由 Cantoni[17]于 1952 年首次发
现, 是 S-腺苷甲硫氨酸代谢途径关键的中间产物。
它参与 40多种不同的代谢过程, 其中主要有合成多
胺(精胺、亚精胺和腐胺等), 合成乙烯及合成谷胱甘

图 7 ScSAM在黑穗病病原菌胁迫条件下的表达特性
Fig. 7 Expression profiles of ScSAM gene in sugarcane
incubated with smut pathogen
1008 作 物 学 报 第 40卷



图 8 ScSAM在 4种非生物胁迫条件下的表达特性
Fig. 8 Expression profiles of ScSAM gene under four abiotic stress conditions

肽[18]。这些物质在植物抵御逆境胁迫时起着重要的
作用[19-20]。S-腺苷甲硫氨酸合成酶催化 ATP 与甲硫
氨酸反应, 是目前可知的生成 S-腺苷甲硫氨酸的唯
一途径[21], 因此研究 S-腺苷甲硫氨酸合成酶对作物
抗逆尤为重要。
生物信息学分析发现 ScSAM 蛋白含有典型的
SAM 特征序列如 ATP 结合域、磷酸盐结合区和
GHPDK 甲硫氨酸结合域, 及一个控制基因催化效率
的活性中心等等, 这些结构特点与已报道的无芒隐
子草和向日葵的 SAM 相似 [22-23]。由此可见甘蔗
ScSAM是典型的 S-腺苷甲硫氨酸合成酶, 是 SAM蛋
白质家族的一员。同源性分析发现甘蔗 ScSAM 编码
的氨基酸序列与其他物种 SAM 基因编码的氨基酸序
列同源性很高, 进化树分析结果表明 ScSAM 与高粱
SAM 亲缘关系最近, 但不同科属间的进化差异也不
是很大, 推测SAM作为S-腺苷甲硫氨酸代谢途径的重
要中间产物 S-腺苷甲硫氨酸合成途径的关键酶, 在进
化过程中保持了足够的演化趋同性和遗传稳定性。
组织特异性表达分析发现 ScSAM 为组成型表达,
其相对表达量为根>茎>叶, 这与朱晶莹等[12]发现的
玉米 S-腺苷甲硫氨酸合成酶基因的表达模式相同。
前人研究还发现 SAM基因的组织特异性表达受发育
时期[24]、环境因子[25]和植物激素[26]等的调节。
在甘蔗黑穗病病原菌胁迫下ScSAM的相对表达
量整体呈上调表达, 在病菌侵染3 d后其相对表达量
最高, 这与蛋白质双向电泳分析的结果吻合, 可见
ScSAM积极参与了甘蔗对黑穗病的响应过程。关于
其在病原菌胁迫时的响应特性和机制的研究有待进
一步探索, 但已有研究证实该基因受到真菌和细菌
的激发子的诱导表达[7]。推测ScSAM表达量的提高会
促使其下游代谢产物多胺的积累, 多胺作为一类植
物体内重要的次生代谢物质, 在提高植物抗逆性方
面具有重要作用[5]。Hazarika等[27]也发现在转基因番
茄中多胺的积累会提高其对尖孢镰刀菌和番茄早疫
病的抗性。所以可以推测ScSAM在甘蔗幼苗抵御黑
穗病菌入侵的过程中发挥重要作用。
在4种非生物胁迫条件下, ScSAM的表达模式不
尽相同。在4℃低温胁迫下甘蔗ScSAM相对表达量总
体呈升高趋势, 这与甘薯S-腺苷甲硫氨酸合成酶在
低温胁迫的表达特性是一致的[28]。在PEG模拟的干
旱胁迫条件下甘蔗ScSAM表达量变化不明显。这与
陈锐等[29]和林凡云等[30]的研究结果不同, 推测是因
为SAM由一个家族基因编码的, 不同的SAM行使的
功能侧重不同。陈锐等[29]研究发现小麦SAMS基因在
水分胁迫早期上调表达, 当水分胁迫程度严重时表
达受到抑制。林凡云等[30]发现糜子SAMS基因在干旱
早期(土壤含水量36%)明显上调表达 , 而干旱程度
更严重时(土壤含水量为24%)其表达受到严重抑制,
严重干旱后复水2 h, 其表达量增强至干旱早期的表
达量, 而复水6 h后表达量降低至对照(干旱处理前)
水平。在NaCl模拟的盐胁迫下ScSAM表现“扬–抑–
扬”的变化特点 , 推测SAM在植物抵御高盐胁迫过
程中发挥了重要作用。周凯等 [31]研究发现陆地棉
SAMS的表达受盐胁迫的诱导, 不同敏感材料诱导响
第 6期 宋修鹏等: 甘蔗 S-腺苷甲硫氨酸合成酶基因(ScSAM)的克隆及表达 1009


应的时间不同, 盐敏感材料中诱导延迟。李燕等[32]
也发现在盐胁迫下, 盐地碱蓬的S-腺苷甲硫氨酸合
成酶基因的cDNA表达上调, 同时S-腺苷甲硫氨酸合
成酶的活性也增加。番茄中SAM1和SAM3的mRNA
表达水平在盐处理8 h后增加, 并且长时间持续较高
水平。较多的S-腺苷甲硫氨酸可促使植物根部细胞
壁的合成及修复, 还可增加细胞间水分的运输。这
些改变使得植物根部的选择性更强, 可减少木质部
对离子的吸收, 也能够补偿质外体运输过程中水分
和有机溶质的流失[33]。在H2O2模拟的氧化胁迫下甘
蔗体内ScSAM表达量整体表现下降, 具体原因尚不
清楚, 需要进一步验证分析。
4 结论
克隆获得甘蔗 ScSAM 基因全长, GenBank 登录
号为 KC172558。它包含 ATP结合域(GAGDQGHMF
GY)、磷酸盐结合区(GGGAFSGKD)和甲硫氨酸结合
域(GHPDK) 3 个 S-腺苷甲硫氨酸合成酶的特征序
列。甘蔗 ScSAM 与高粱 SAM 的关系最近; ScSAM
在甘蔗根、茎和叶中均有表达, 在根中的表达量最
高。其表达受黑穗病病原菌胁迫和低温(4℃)、聚乙
二醇(PEG)、NaCl非生物胁迫的诱导但被 H2O2胁迫
所抑制, 推测它参与甘蔗应答黑穗病过程且也在甘
蔗抵抗低温、高盐、干旱和氧化胁迫的机制中发挥
作用。
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