全 文 ：作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2014, 40(6): 994−1001 http://zwxb.chinacrops.org/
ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9 E-mail: xbzw@chinajournal.net.cn

本研究由甘肃省科技支撑计划 (1011NKCA073), 甘肃省农业科学院科技创新专项 (2009GAAS17)和甘肃省国际科技合作计划
(1104WCGA188)资助。
∗ 通讯作者(Corresponding author): 张正英, E-mail: Kegc8@sina.com
第一作者联系方式: E-mail: sjli2005@aliyun.com, Tel: 0931-7612683
Received(收稿日期): 2013-10-31; Accepted(接受日期): 2014-03-04; Published online(网络出版日期): 2014-04-08.
URL: http://www.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20140408.0853.007.html
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2014.00994
Ta6-SFT在烟草中的逆境诱导型表达及抗旱性
李淑洁 1 李静雯 1 张正英 2,*
1 甘肃省农业科学院生物技术研究所, 甘肃兰州 730070; 2 甘肃省农业科学院科研管理处, 甘肃兰州 730070
摘 要: 分别构建 CaMV35S 启动子驱动的 Ta6-SFT 组成型植物表达载体和 rd29A 启动子驱动的逆境诱导型表达载
体。利用农杆菌介导法分别导入烟草中, 获得转基因株系, Southern杂交和 Northern点杂交确定 Ta6-SFT整合进转基
因株系基因组中, 并正常转录。以非转基因株系作对照 , 对 2种转基因烟草株系进行干旱胁迫处理, 采用半定量
RT-PCR分析 Ta6-SFT在转基因株系中的表达, 同时测定胁迫 0 d和 18 d果聚糖含量及部分农艺性状。结果表明, 含
有 rd29A启动子的逆境诱导型株系中 Ta6-SFT相对表达量比在含 CaMV35S启动子的组成型株系中高, 而且积累更多
的果聚糖; 从株高、1/2 株高处茎粗、叶面积数据来看, 逆境诱导型转基因株系的生长势优于组成型株系, 对干旱表
现强的耐性。因此, 在转基因植物中逆境诱导型表达 Ta6-SFT基因将发挥更好的抗逆功能。
关键词: Ta6-SFT ; 果聚糖; 干旱胁迫; 逆境诱导型表达; 组成型表达
Expression of Ta6-SFT Gene in Tobacco Induced by Drought Stress
LI Shu-Jie1, LI Jing-Wen1, and ZHANG Zheng-Ying2,*
1 Institute of Biotechnology, Gansu Academy of Agricultural Sciences, Lanzhou 730070, China; 2 Scientific Research Management Office, Gansu
Academy of Agricultural Sciences, Lanzhou 730070, China
Abstract: To obtain better Ta6-SFT gene expression efficiency in transgenic plants, we constructed two Ta6-SFT gene expression
vectors driven by CaMV35S promoter and rd29A promoter, transformed them into tobacco mediated by Agrobacterium tumefa-
ciens, respectively. Transgenic plants were confirmed by PCR, Southern blot and Northern dot blot. The two types of transgenic
line were treated with 18 day drought stress, non-transgenic tobacco as a control. Expression of Ta6-SFT was detected with
semi-quantitative RT-PCR at the beginning of stress and 18 days of treatment. In addition, fructan concentration and some agro-
nomic traits such as plant height, stem diameter at half of plant height, and leaf area were analyzed at the same time. The results
showed that Ta6-SFT expression level was more active and fructan content was higher under drought stress in rd29A promoter
driven transgenic lines. Agronomic traits and physiological measurement indicated that the transgenic lines carrying Ta6-SFT
driven by rd29A promoter had stronger growth vigor under the drought stress than that by CaMV35S promoter. It follows that
Ta6-SFT gene inducible expression driven by rd29A promoter could make transgenic lines have better stress tolerance.
Keywords: Ta6-SFT; Fructan; Drought stress; Inducible expression at adverse environment; Constitutive expression
果聚糖是一种以蔗糖为底物由果聚糖转移酶基
因催化合成的果糖基聚合物, 它不仅是一种重要的
贮藏性碳水化合物, 也是一种渗透调节物质, 其分
解产生的单糖能够提高液泡溶质浓度, 增强植物对
多种不良环境胁迫的抗性。大多数植物都以淀粉和
蔗糖作为储存物质, 只有约 15%的温带和冷寒地区
的被子植物, 如禾本科、百合科、天门冬科、菊科和
桔梗科植物以果聚糖作为碳水化合物的储存方式[1]。
目前已从小麦、大麦、冰草、菊芋、莴苣等植物中
克隆了果糖基转移酶基因并开展了相关的基因功能
和转基因研究。高翔等[2]、李慧娟等[3]和 Bie等[4]都
以 CaMV35S启动子驱动 Ta6-SFT (蔗糖: 果聚糖-6-
果糖基转移酶基因)、1-SST (蔗糖: 蔗糖-1-果糖基转
移酶基因)和 Ta1-FFT (果聚糖: 果聚糖-1-果糖基转
第 6期 李淑洁等: Ta6-SFT在烟草中的逆境诱导型表达及抗旱性 995


移酶基因)在烟草中组成型表达, 提高了转基因烟草
的抗旱、抗盐和抗低温能力。张小芸[5]以玉米 Ubi-1
启动子驱动冰草 1-FFT 在黑麦草中表达, 王正鹏等[6]
构建了在茎杆中特异性表达的连接有转运肽序列的
番茄 rbcs启动子驱动的菊芋 1-SST植物表达载体。
蔗糖是光合作用的重要产物, 是多数植物体内
长距离运输碳水化合物的主要形式, 如果导入外源
基因使受体植物持续性地消耗蔗糖, 可能会对植物
的生长和代谢产生不利影响。CaMV35S、Ubi-1 和
rbcs 启动子等组成型或组织特异型启动子都使果糖
基转移酶基因在转基因植物的所有组织或特异组织
中持续性表达, 虽然未见引起转基因植物不良影响
的报道, 但从能量的节约和高效利用角度考虑, 利
用逆境诱导型启动子使果糖基转移酶基因在正常条
件下微量表达或不表达, 在植物遭受逆境时高效表
达, 将更好地利用植物体内的物质和能量, 并最大
程度地减少外源基因导入对受体植物的影响。本研
究以来自抗旱小麦品种扬麦 6 号的 Ta6-SFT 为目的
基因, 构建 CaMV35S启动子驱动的 Ta6-SFT组成型
表达载体和 rd29A 启动子驱动的逆境诱导型表达载
体, 并分别导入烟草, 比较干旱胁迫下 2种启动子驱
动的 Ta6-SFT 转基因株系的相对表达量和果聚糖含
量, 分析株高等部分农艺性状指标, 筛选烟草中 Ta6-
SFT 的高效表达方式, 为植物中高效表达外源果糖
基转移酶基因和抗逆相关基因提供理论依据和参考,
同时也可为果聚糖在植物抗旱中的作用提供形态的
和分子的证据。
1 材料与方法
1.1 试验材料
烟草(Nicotiana tabacum L.)组培苗 NC89、植物
表达载体 pCAMBIA3300、大肠杆菌菌株 DH5α、农
杆菌菌株LBA4404均由甘肃省农业科学院生物技术
研究所实验室保存。Ta6-SFT、rd29A启动子分别由
中国农业科学院作物科学研究所叶兴国博士和甘肃
农业大学生命科学院司怀军博士惠赠。
1.2 植物表达载体构建
1.2.1 组成型植物表达载体 pCAMBIA-6-SFT的构建
用 Hind III和 EcoR I从 pBI121-6-SFT载体中将
2938 bp 的 CaMV35S 启动子、Ta6-SFT 和 nos终止
子 DNA 大片段(简写为 P35S-6-SFT-Tnos, 以下同)
酶切下来并回收; 同时用 Hind III和 EcoR I酶切消
化 pCAMBIA3300质粒, 用 P35S-6-SFT-Tnos片段替
换 pCAMBIA3300载体上的 P35S-Tnos片段, 构建成
pCAMBIA-6-SFT植物表达载体(图 1)。

图 1 pCAMBIA-6-SFT植物表达载体结构简图
Fig. 1 Sketch of plasmid pCAMBIA-6-SFT

1.2.2 诱导型植物表达载体 pCAMBIA-rd29A-6-
SFT 的构建 将 CaMV35S 启动子片段从植物表
达载体 pCAMBIA-6-SFT上用 Hind III和 BamH I酶
切下来, 用 rd29A 启动子代替之, 构建成 pCAMBIA-
rd29A-6-SFT载体(图 2)。

图 2 pCAMBIA-rd29A-6-SFT植物表达载体结构简图
Fig. 2 Sketch of plasmid pCAMBIA-6-SFT

1.3 转 Ta6-SFT烟草植株的获得及分子检测
将 pCAMBIA-6-SFT和 pCAMBIA-rd29A-6-SFT
质粒 DNA 用冻融法转化根癌农杆菌 LBA4404。采用
农杆菌介导的叶盘法转化烟草, 用草胺膦 25 mg L–1筛
选再生植株。对获得的抗性植株进行 PCR、Southern
杂交和 Northern斑点杂交分子检测。
以含 Ta6-SFT 质粒为阳性对照, 非转基因烟草
为阴性对照, 提取的草胺膦抗性植株基因组DNA为
模板, 以 Ta6-SFT 特异引物进行 PCR 扩增。上游引
物 5-CTGGATATCATGGGGTCACACGGCAAGCC-3,
下游引物 5-GGACTAGTTCATTGAACATACGAGT
GATC-3, PCR产物长度为 1851 bp。
Southern 杂交以地高辛标记的 Ta6-SFT 全长为
DNA探针, Hind III酶切 PCR检测阳性的转基因烟
草基因组 DNA, 参照 Roche 公司 DIG High Prime
DNA Labeling and Detection starter Kit I (货号 :
11745832001)说明书操作。Northern 斑点杂交以
Ta6-SFT全长为 DNA探针, 将 Southern杂交呈阳性
的转基因株系的总 RNA变性后固定在尼龙膜上, 杂
交、免疫检测等步骤同 Southern杂交。
1.4 Ta6-SFT在转基因株系中的表达分析
挑选 Southern杂交和 Northern斑点杂交都呈阳
性的转基因株系进行干旱胁迫。取 0~20 cm表层土
壤过筛混匀, 用称重法测土壤含水量。装盆, 盆高为
30 cm, 上口径 28 cm, 下口径 22 cm, 每盆装干土
996 作 物 学 报 第 40卷


20 kg。参试的转基因烟草株系通过无性繁殖, 挑选
生长势一致的植株随机盆栽, 每盆栽 3株, 为 3次重
复。待烟草植株长到七叶一心期浇水至盆中土壤含
水量达 25%, 开始干旱胁迫, 一直持续 18 d, 处理期
间不浇水。
提取胁迫 0 d和 18 d各转基因株系和非转基因
对照叶片总 RNA, 参照 Invitrogen GoldScript cDNA
合成试剂盒(货号: c81401190)合成 cDNA第一链。以
烟草 actin 基因(gi:50058114)为内参 , 采用半定量
RT-PCR分析 Ta6-SFT在干旱胁迫不同时期的转录水
平表达。烟草 actin基因上游引物 5′-TCCATGCTCA
ATGGGATACT-3′,下游引物 5′-TTCAACCCCTTGT
CTGTGAT-3′。Ta6-SFT引物同前。
1.5 果聚糖含量、细胞膜透性和丙二醛(MDA)含
量的测定
取干旱胁迫 0 d和 18 d各转基因株系和非转基
因对照同一叶位叶片, 利用 GENMED 植物果聚糖
化学比色法定量检测试剂盒(货号: GMS19023.1v.A)
测定果聚糖含量, 参照《植物生理学实验指导》电
导法测定细胞质膜透性和硫代巴比妥酸(TBA)法测
定 MDA含量[7]。
1.6 转基因烟草的农艺性状测定
用直尺测量干旱胁迫 0 d和 18 d各转基因株系
和非转基因对照的株高, 用螺旋测微器测 1/2 株高
处茎粗(以下简称茎粗), 直尺测量 1/2株高处上下相
邻 3片真叶的最长和最宽处, 烟草叶面积 = 0.6435×
叶长×叶宽。
1.7 数据分析
利用 Microsoft Excel软件绘图, 并用 DPS 7.05
软件的 SSR法进行多重比较。
2 结果与分析
2.1 转 Ta6-SFT烟草植株的获得和分子检测
PCR检测获得了 CaMV35S启动子驱动 Ta6-SFT
的组成型表达的转基因烟草 12株(编号 S1, S3~S13),
rd29A启动子驱动 Ta6-SFT的逆境诱导型表达的转基
因烟草 10株(编号 R1~R10)。取 9株进行了 Southern
印迹杂交, 以有杂交信号的 5株进行 Northern斑点杂
交。图 4和图 5说明 Ta6-SFT已经整合到这 5个植株
的染色体上(图 4), 并得到了转录(图 5)。

图 3 转基因植株的 PCR检测结果
Fig. 3 PCR detection result of transgenic lines
M: DNA marker D2000; P: 阳性对照; N: 阴性对照; 1~7: 转 pCAMBIA-rd29A-6-SFT草胺膦抗性植株;
8~15: 转 pCAMBIA-6-SFT草胺膦抗性植株。
M: DNA marker D2000; P: positive control; N: negative control; 1–7: Glufosinate resistant plants transformed with pCAMBIA-rd29A-6-SFT;
8–15: Glufosinate resistant plants transformed with pCAMBIA-6-SFT.

图 4 转基因植株的 Southern杂交部分结果
Fig. 4 Southern blot of transgenic lines
M: 地高辛标记的 DNA marker II; P: 阳性对照; N: 阴性对照; 1: R2; 2: R3; 3: R5; 4: S9; 5: S13。
M: DIG labeled DNA marker II; P: positive control; N: negative control; 1: R2; 2: R3; 3: R5; 4: S9; 5: S13.
第 6期 李淑洁等: Ta6-SFT在烟草中的逆境诱导型表达及抗旱性 997



图 5 转基因植株的 Northern斑点杂交结果
Fig. 5 Northern dot blot of transgenic lines
P: 阳性对照; N: 阴性对照; 1: R2; 2: R3; 3: R5; 4: S9; 5: S13。
P: positive control; N: negative control; 1: R2; 2: R3; 3: R5; 4: S9; 5: S13.

2.2 干旱胁迫下转基因烟草中 Ta6-SFT的表达
Ta6-SFT的半定量RT-PCR分析结果表明, 干旱胁
迫 0 d和 18 d各转基因株系中 Ta6-SFT都能被正常转
录。干旱胁迫 0 d, 逆境诱导型表达转基因株系 R2、
R3、R5中 Ta6-SFT微量表达, 而组成型表达转基因株
系 S9和 S13中 Ta6-SFT表达水平明显高于 R2、R3、
R5。干旱胁迫 18 d时, R2、R3、R5中 Ta6-SFT表达较
干旱胁迫 0 d 时明显升高, 尤其是 R2株系, S9和 S13
中 Ta6-SFT表达较干旱胁迫 0 d时不变或略有降低。
以上说明 rd29A 启动子驱动的 Ta6-SFT 逆境诱
导型表达转基因株系只有在遭受逆境时才启动外源
基因的正常转录和表达, 而 CaMV35S 启动子驱动
的 Ta6-SFT 组成型表达转基因株系在任何条件下外
源基因都处于转录的激活状态。
2.3 干旱胁迫对转基因株系中果聚糖含量的影响
图 7 所示, 干旱胁迫 0 d, 转基因株系 R2、R3、
R5的果聚糖含量与非转基因对照无显著差异, S9、S13
的果聚糖含量与对照具显著差异 , 分别高于对照
20.0%、21.2%。干旱胁迫 18 d时各转基因株系和对照
中果聚糖含量较胁迫前都提高了, 果聚糖含量为 R2＞
R5＞R3＞S13＞S9＞CK, 除S9外, 转基因株系显著高
于对照(图 7), 尤其是 R2 株系。与非转基因材料相比,
R2、R3、R5株系果聚糖含量分别增加 5.21、2.17和 3.23
倍, S9、S13株系分别增加 1.1倍和 1.7倍(表 1)。

图 6 干旱胁迫时转基因烟草半定量 RT-PCR分析
Fig. 6 Semi-quantitative RT-PCR of transgenic lines under drought stress

表 1 干旱胁迫后烟草各株系果聚糖、细胞膜透性和丙二醛的变化
Table 1 Changes of fructan, cell membrane permeability, and MDA in transgenic lines under drought stress
转基因株系
transgenic line
果聚糖
Fructan
细胞膜透性
Cell membrane permeability
丙二醛
MDA
Δ增长量 Increase amount 0.865±0.082 a 0.253±0.058 c 1.358±0.073 bc R2
百分数 Percentage (%) 521.9±49.2 53.3±12.2 12.5±3.4
Δ增长量 Increase amount 0.360±0.118 c 0.287±0.095 bc 2.296±0.3637 b R3
百分数 Percentage (%) 217.3±71.2 60.3±19.9 21.5±3.4
Δ增长量 Increase amount 0.536±0.044 b 0.287±0.019 bc 2.177±0.180 bc R5
百分数 Percentage (%) 323.5±26.7 60.4±4.0 20.3±1.7
Δ增长量 Increase amount 0.182±0.013 de 0.217±0.041 c 1.267±0.152c S9
百分数 Percentage (%) 110.1±7.6 45.6±8.7 11.8±1.4
Δ增长量 Increase amount 0.282±0.020 cd 0.401±0.020 ab 1.999±0.118 bc S13
百分数 Percentage (%) 170.2±11.8 84.4±4.2 18.7±1.1
Δ增长量 Increase amount 0.1657±0.0116 e 0.475±0.091 a 10.701±1.121 a CK
百分数 Percentage (%) 100 100 100
表中数据为平均数±标准误, 同一列中标以不同小写字母的值在 0.05水平上差异显著(P < 0.05)。
The data are mean ± SE, values within a column followed by different letters are significantly different at P < 0.05.

998 作 物 学 报 第 40卷



图 7 干旱胁迫对转基因株系果聚糖含量的影响
Fig. 7 Fructan concentration of the transgenic lines under
drought stress
柱形图上不同字母表示株系间差异达到 0.05的显著水平。
Bars superscripted by different letters are significantly different at
P<0.05.

数据表明正常生长条件下, 逆境诱导型表达转
基因株系 R2、R3、R5 中 Ta6-SFT 有微量表达, 当
遭受逆境胁迫时, Ta6-SFT的表达被激活, 表达量大
幅上调。组成型表达转基因株系 S9、S13 在正常生
长条件和逆境胁迫下 Ta6-SFT 都有一定表达, 在逆
境胁迫时, Ta6-SFT的表达量并不比正常条件下有所
增强。由此说明逆境诱导型的转基因株系在应对非
生物胁迫时可以更好地协调植物体内的物质和能量
分配, 实现物质和能量的高效利用。
2.4 干旱胁迫对转基因株系部分农艺性状的影响
干旱胁迫 0 d, 各植株长势旺盛, 形态正常。干
旱胁迫持续到 18 d时, 转基因株系及非转基因对照
都表现出不同程度的萎蔫和叶片皱缩的现象, 后者
更严重。这些外部形态与测定的株高、茎粗、叶面
积数据相一致(图 8、图 9和图 10)。表 2表明, 如设
定非转基因对照在干旱胁迫期间的株高和茎粗的增
长量均为 100%, 则 rd29A启动子驱动的 Ta6-SFT的
逆境诱导型表达转基因株系 R2、R3、R5 的株高增
长量分别是 193.4%、149.2%和 213.1%, 茎粗的增长
量是 736.9%、161.2%和 1399%; CaMV35S启动子驱
动的 Ta6-SFT 的组成型表达转基因株系 S9 和 S13
的株高增长量分别是 144.3%和 180.3 %, 茎粗增长
量是 367%和 336%。
各株系叶面积在干旱胁迫 18 d后有不同的变化
趋势 , 非转基因对照的叶面积较胁迫前平均减小
4.00 cm2, 转基因株系 R2、R3、R5胁迫后面积小幅
增加, S9稍有减小, S13基本无变化(表 2和图 10)。
综合干旱胁迫下转基因株系株高、茎粗和叶面
积的增长量分析说明, 干旱胁迫对转基因烟草株系
生长的影响小于非转基因对照, 且 rd29A 启动子驱
动的 Ta6-SFT 转基因株系的生长势强于 CaMV35S
启动子驱动的 Ta6-SFT转基因株系。
2.5 细胞质膜透性和丙二醛含量变化
在正常生长情况下, 转基因株系和非转基因对
照的细胞质膜透性无显著差异(P<0.05)(图 11)。表明
Ta6-SFT 在烟草中的表达不但未影响植株的生长 ,


图 8 干旱胁迫对转基因株系株高的影响
Fig. 8 Plant height of the transgenic lines under drought
stress

图 9 干旱胁迫对转基因株系茎粗的影响
Fig. 9 Stem diameter of the transgenic lines under drought
stress

图 10 干旱胁迫对转基因株系叶面积的影响
Fig. 10 Leaf areas of the transgenic lines under drought stress


图 11 干旱胁迫对转基因株系质膜透性的影响
Fig. 11 Cell membrane permeability of transgenic lines under
drought stress
柱形图上不同字母表示株系间差异达到 0.05的显著水平。
Bars superscripted by different letters are significantly different at
P＜0.05.
第 6期 李淑洁等: Ta6-SFT在烟草中的逆境诱导型表达及抗旱性 999


表 2 干旱胁迫后转基因烟草株系部分性状的变化
Table 2 Changes of part of agronomic traits in transgenic lines under drought stress
转基因株系
transgenic line
株高
Plant height (cm)
茎粗
Stem diameter (cm)
叶面积
Leaf area (cm2)
Δ增长量 Increase amount 3.933±0.751 ab 0.253±0.021 b 2.907±7.010 R2
百分数 Percentage (%) 193.4±36.9 736.9±61.2 —
Δ增长量 Increase amount 3.033±0.208 bc 0.055±0.046 c 5.387±12.660 R3
百分数 Percentage (%) 149.2 ±10.2 161.2±134.9 —
Δ增长量 Increase amount 4.333±0.862 a 0.480±0.04 a 14.130±41.032 R5
百分数 Percentage (%) 213.1±42.4 1399.0±117 —
Δ增长量 Increase amount 2.933±0.473 bc 0.126±0.103 c –3.753±2.130 S9
百分数 Percentage (%) 144.3±23.2 367.0±300.2 —
Δ增长量 Increase amount 3.667±0.208 ab 0.116±0.012 c -0.02±4.338 S13
百分数 Percentage (%) 180.3±10.2 336.9±35.6 —
Δ增长量 Increase amount 2.033±0.404 c 0.034±0.037 c –4.00±3.600 CK
百分数 Percentage(%) 100% 100% —
表中数据为平均数±标准误, 同一列中标以不同小写字母的值在 0.05水平上差异显著(P < 0.05)。叶面积指标中百分数(%)因变化
值存在正、负两种数值, 不便比较, 故略去。
The data are mean ± SE, values within a column followed by different letters are significantly different at P < 0.05. The percentage of
leaf areas is elided due to growth amount with both positive and negative.

也未改变其生理生化特性。干旱胁迫处理 18 d后各
株系相对质膜透性明显上升, 逆境诱导型表达转基
因株系 R2、R3、R5 的细胞质膜透性显著低于对照
和 S13, 但与 S9 无显著差异(图 11)。转基因株系丙
二醛含量在干旱胁迫前后的变化显著低于对照, 各
转基因株系间无显著差异(表 1和图 12)。


图 12 干旱胁迫对转基因株系丙二醛含量的影响
Fig. 12 MDA content of transgenic lines under drought stress
柱形图上不同字母表示株系间差异达到 0.05的显著水平。
Bars superscripted by different letters are significantly different at
P<0.05.
3 讨论
转录能否启动是基因能否表达的决定性一步 ,
因此, 启动子的选择在转化外源基因的表达调控中
具有至关重要的作用。CaMV35S启动子是在植物基
因工程中最常用的启动子, 但是持续性的过量表达
功能基因或胁迫应答转录因子会对转基因植株在正
常条件下的生长产生不利影响。Liu 等[8]和 Kasuga
等[9]报道 CaMV35S启动子驱动的 CBF/DREB1转基
因拟南芥的抗逆性虽然增强了, 但对生长产生了不
利影响。Hsieh 等[10-11]转 CaMV35S:CBF1 马铃薯表
现出不同程度的生长迟缓、发育异常和产量下降。
用玉米 Ubi 启动子驱动的 OsNAC6 转基因水稻也有
生长方面的缺陷[12]。在逆境诱导型表达中, rd29A启
动子应用较多, 其中 rd29A: DREB1 表达盒已在烟
草 [9]、菊花 [13]、马铃薯 [14]、花生 [15]、大豆 [16]、小
麦 [17]、水稻[18]等植物中应用, 转基因植物的抗逆性
增强了 , 且没有表现出生长发育缺陷。本研究中
CaMV35S启动子和 rd29A启动子驱动的转基因烟草
株系都没有观察到生长方面明显的缺陷 , 根据
rd29A启动子和CaMV35S启动子驱动的两种转基因
株系在正常生长条件和干旱胁迫时外源基因的转录
水平表达、果聚糖含量以及对株高、茎粗和叶面积
等数据分析, 说明在遭受干旱胁迫时 rd29A 启动子
驱动的 Ta6-SFT 的逆境诱导型表达株系比组成型表
达株系积累了更多的果聚糖, 具有更强的生长势和
更好的耐胁迫能力。
外源基因插入的不同位点和拷贝数对基因的表
达具有重要的影响, 导入的外源基因在转基因植物
中的表达可能在转录、翻译水平或者成熟酶蛋白加
工过程中出现差异[19]。本研究中 rd29A 启动子驱动
的 3 个 Ta6-SFT 转基因株系在干旱胁迫诱导下目的
基因的 mRNA 表达水平、果聚糖含量上都有差异,
可能与这几个转基因株系中 Ta6-SFT 在染色体插入
1000 作 物 学 报 第 40卷


的位置有关。Southern 杂交显示 S9、S13 株系中外
源基因的插入位置一致, 这 2个株系中 Ta6-SFT在正
常条件下和干旱胁迫时表达量基本一致, 果聚糖含
量无显著差异, 但在干旱胁迫处理时细胞质膜透性
和丙二醛含量存在差异, 这可能与植物个体对环境
的响应有关。
植物生长对水分逆境高度敏感 , 特别是叶子 ,
轻度的水分亏缺就足以使叶生长显著减弱[20]。本研
究中对同一叶片进行了干旱胁迫 0 d和 18 d的跟踪
测量, 结果逆境诱导型表达转基因株系 R2、R3、R5
的叶面积都有小幅增加, 组成表达型转基因株系 S9
叶面积稍有减小, S13基本无变化, 非转基因对照的
叶面积减小, 证明逆境诱导表达型转基因株系确实
具有更好的耐干旱胁迫性。同时株高、茎粗等生长
相关数据也有力地证实了这一点。
4 结论
Ta6-SFT 的逆境诱导型表达使转基因株系在干
旱胁迫下外源基因表达增强 , 积累更多的果聚糖 ,
有利于提高植物对干旱胁迫的抗耐性, 具有更强的
生长势。因此, 推荐在转基因植物中逆境诱导型表
达抗逆基因, 使其发挥最大的作用, 减少对转基因
植物的其他不良影响。
References
[1] Hendry G A F, Wallace R K. The origin, distribution and evolu-
tionary significance of fructans. In: Suzuki M, Chatterton N J, eds.
Science and Technology of Fructanes. Boca Raton, FL: CRC
Press, 1993. pp 119–139
[2] 高翔, 佘茂云, 殷桂香, 于洋, 别晓敏, 杜丽璞, 徐惠君, 叶兴
国. 小麦果聚糖合成酶基因 6-SFT克隆和功能验证. 科技导报,
2009, 27(23): 70–75
Gao X, She M Y, Yin G X, Yu Y, Bie X M, Du L P, Xu H J, Ye X
G. Isolation and functional determination of fuctan biosynthesis
enzyme encoding gene 6-SFT from common wheat (Triticum
aestivum L.). Sci & Technol Rev, 2009, 27(23): 70–75 (in Chinese
with English abstract)
[3] 李慧娟, 尹海英, 张学成, 杨爱芳. 转蔗糖:蔗糖-1-果糖基转
移酶基因提高烟草的耐旱性. 山东大学学报(理学版), 2007,
42(1): 89–93
Li H J, Yin H Y, Zhang X C, Yang A F. Enhancement of drught
resistance in transgenic tobacco expressing sucrose:sucrose
1-fructosyltransferase gene from Lactuca sativa. J Shandong
Agric Univ (Nat Sci), 2007, 42(1): 89–93 (in Chinese with Eng-
lish abstract)
[4] Bie X M, Wang K, She M Y, Du L P, Zhang S X, Li J R, Gao X,
Lin Z S, Ye X G. Combinational transformation of three wheat
genes encoding fructan biosynthesis enzymes confers increased
fructan content and tolerance to abiotic stresses in tobacco. Plant
Cell Rep, 2012, 31: 2229–2238
[5] 张小芸. 转果聚糖合成关键酶基因多年生黑麦草获得及抗旱
性的提高. 中国农业科学院硕士学位论文, 2010
Zhang X Y. Transformation of Lolium perenne L. with Fructan:
Fructan 1-fructosyltransferase Gene from Agropyron Cristatum
and Enhancement of Drought Tolerance in Transgenic Plants. MS
Thesis of Chinese Academy of Agriculture Sciences, Beijing,
China, 2010 (in Chinese with English abstract)
[6] 王正鹏, 蔡文伟, 张树珍. 蔗糖:蔗糖果糖基转移酶(1-SST)基
因的克隆与植物表达载体的构建. 浙江农业科学, 2008, (4):
418–421
Wang Z P, Cai W W, Zhang S Z. Cloning of levansucrase
(I-SST) gene and construction of its plant expression vector. J
Zhejiang Agric Sci, 2008, (4): 418–421 (in Chinese with Eng-
lish abstract)
[7] 薛应龙. 植物生理学实验手册. 上海: 上海科学技术出版社,
1985. p 67
Xue Y L. Plant Physiology Protocols. Shanghai: Shanghai Sci-
ence and Technology Press, 1985. p 67 (in Chinese)
[8] Liu Q, Kasuga M, Sakuma Y, Abe H, Miura S, Yamagu-
chi-Shinozaki K, Shinozaki K. two transcription factors, DREB1
and DREB2, with an EREBP/AP2 DNA binding domain separate
two cellular signal transduction pathways in drought- and
low-temperature-responsive gene expression, respectively, in
Arabidopsis. Plant Cell, 1993, 10: 1391–1406
[9] Kasuga M, Miura S, Shinozaki K, Yamaguchi-Shinozaki K. A
combination of the Arabidopsis DREB1A gene and stress-
inducible rd29A promoter improved drought- and low-temperature
stress tolerance in tobacco by gene transfer. Plant Cell Physiol,
2004, 45: 346–350
[10] Hsieh T H, Lee J T, Charng Y Y, Chan M T. tomato plants ec-
topically expressing Arabidopsis CBF1 show enhanced resistance
to water deficit stress. Plant Physiol, 2002, 130: 618–626
[11] Hsieh T H, Lee J T, Yang P T, Chiu L H, Charng Y Y, Wang Y C,
Chan M T. Heterology expression of the Arabidopsis
C-repeat/dehydration response element binding factor Ⅰ gene
confers elevated tolerance to chilling and oxidative stresses in
transgenic tomato. Plant Physiol, 2002, 129: 1086–1094
[12] Nakashima K, Tran L S, Nguyen D V, Fujita M, Maruyama K,
Todaka D, Ito Y, Hayashi N, Shinozaki K, Yamaguchi-Shinozaki
K. Functional analysis of a NAC-type transcription factor Os-
NAC6 involved in abiotic and biotic stress-responsive gene ex-
pression in rice. Plant J, 2007, 51: 617–630
[13] Hong B, Tong Z, Ma N, Li J, Kasuga M, Yamaguchi-Shinozaki K,
Gao J. Heterologous expression of the AtDREB1A gene in chry-
santhemum increases drought and salt stress tolerance. Sci China
(Life Sci), 2006, 49: 436–445
[14] Behnam B, Kikuchi A, Celebi-Toprak F, Kasuga M, Yamagu-
chi-Shinozaki K, Watanabe K N. Arabidopsis rd29A:DREB1A
enhances freezing tolerance in transgenic potato. Plant Cell Rep,
2007, 26: 1275–1282
[15] Bhatnagar-Mathur P, Devi M J, Reddy D S, Lavanya M, Vadez V,
Serraj R, Yamaguchi-Shinozaki K, Sharma K K. Stress-inducible
expression of At DREB1A in transgenic peanut (Arachis hypo-
gaea L.) increases transpiration efficiency under water-limiting
conditions. Plant Cell Rep, 2007, 26: 2071–2082
第 6期 李淑洁等: Ta6-SFT在烟草中的逆境诱导型表达及抗旱性 1001


[16] Polizel A M, Medri M E, Nakashima K, Yamanaka N, Farias J R,
de Oliveira M C, Marin S R, Abdelnoor R V, Marcelino-
Guimaraes F C, Fuganti R. Molecular, anatomical and physio-
logical properties of a genetically modified soybean line trans-
formed with rd29A:AtDREB1A for the improvement of drought
tolerance. Genet Mol Res, 2011, 10: 3641–3656
[17] Saint Pierre C, Crossa J L, Bonnett D, Yamaguchi-Shinozaki K,
Reynolds M P. Phenotyping transgenic wheat for drought resis-
tance. J Exp Bot, 2012, 63: 1799–1808
[18] Datta K, Baisakh N, Ganguly M, Krishnan S, Yamaguchi-
Shinozaki K, Datta S K. Over-expression of Arabidopsis and
rice stress genes’ inducible transcription factor confers drought
and salinity tolerance to rice. Plant Biotech J, 2012, 10:
579–586
[19] 王沙生, 高荣孚, 吴冠明. 植物生理学(第 2版). 北京: 北京林
业出版社, 1991. p 364
Wang S S, Gao R F, Wu G M. Plant Physiology, 2nd edn. Beijing:
Beijing Forestry Publishers, 1991. p 364 (in Chinese)
[20] 司怀军, 张宁, 王蒂. 转甜菜碱醛脱氢酶基因提高烟草抗旱及
耐盐性. 作物学报, 2007, 33: 1335−1339
Si H J, Zhang N, Wang D. Enhancement of drought and salt re-
sistances in tobacco by transformation of betaine aldehyde dehy-
drogenase gene. Acta Agron Sin, 2007, 33: 1335−1339 (in Chi-
nese with English abstract)