全 文 ：作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2012, 38(10): 1839−1846 http://www.chinacrops.org/zwxb/
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(2011AA100501)资助。
* 通讯作者(Corresponding authors): 王丽娟, E-mail: lj-wang@163.com; 郝转芳, E-mail: haozhuanfang@yahoo.com.cn
第一作者联系方式: E-mail: llling922@163.com
Received(收稿日期): 2012-03-12; Accepted(接受日期): 2012-04-20; Published online(网络出版日期): 2012-07-03.
URL: http://www.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20120703.0858.201209.0_003.html
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2012.01839
玉米热激蛋白基因 ZmHsp90-1的克隆及表达分析
刘玲玲 1,2 柳思思 2,4 翁建峰 2 王昌涛 3 李新海 2 张世煌 2 石庆华 4
王丽娟 1,* 郝转芳 2,*
1 东北农业大学生命科学学院, 黑龙江哈尔滨 150030; 2 中国农业科学院作物科学研究所 / 作物分子育种国家工程实验室, 北京
100081; 3 北京市工商大学, 北京 100037; 4 新疆农业大学农学院, 新疆乌鲁木齐 830052
摘 要: Hsp90是普遍存在于原核和真核细胞中的一种高度保守的分子伴侣。本研究从玉米中克隆了一个 Hsp90同源
基因, 命名为 ZmHsp90-1基因, 并对其进行了初步的序列分析。该基因 cDNA序列全长 2 371 bp, 开放阅读框 2 094 bp,
编码 697 个氨基酸, 蛋白质分子量约 79.98 kD。蛋白结构预测及同源比对分析表明, ZmHsp90-1 基因编码蛋白含
ATPase 位点和 Hsp90 保守结构域, 并与拟南芥、水稻等多种物种的热激蛋白高度同源; 进化树分析表明 ZmHsp90-1
与拟南芥 AtHsp90.1基因关系较近, 蛋白序列相似性达 88.3%。目的蛋白亚细胞定位显示, ZmHsp90-1蛋白在细胞质
中表达。实时荧光定量 PCR分析表明, ZmHsp90-1对非生物胁迫高温、高盐、ABA、低温、干旱均具有明显的应答
反应。推测 ZmHsp90-1是玉米的一个胁迫相关基因。
关键词: 玉米; 热激蛋白; 非生物胁迫; ZmHsp90-1
Cloning and Expression Analysis of Heat Shock Protein Gene ZmHsp90-1
in Maize
LIU Ling-Ling1,2, LIU Si-Si2,4, WENG Jian-Feng2, WANG Chang-Tao3, LI Xin-Hai2, ZHANG Shi-Huang2,
SHI Qing-Hua4, WANG Li-Juan1,*, and HAO Zhuan-Fang2,*
1 College of Life Science, Northeast Agricultural University, Harbin 150030, China; 2 Institute of Crop Sciences, Chinese Academy of Agricultural
Sciences / National Engineer Laboratory of Crop Molecular Breeding, Beijing 100081, China; 3 Beijing Technology and Business University, Beijing
100081, China; 4 College of Agronomy, Xinjiang Agricultural University, Urumqi 830052, China
Abstract: The heat shock protein 90 (Hsp90) is a widespread family of molecular chaperones found in prokaryotes and all eu-
karyotes, with high conservation among plant species. In this study, a Hsp90 gene was isolated from maize, named ZmHsp90-1.
The full cDNA sequence of ZmHsp90-1 is 2 371 bp, containing a 2 094 bp open reading frame (ORF) and encoding 697 amino
acids with a predicted molecular mass of 79.98 kD. The ZmHsp90-1 protein contains a predicted ATPase site and a Hsp90 con-
servative structure domain, which is highly conserved in plants and especially similar to AtHsp90.1. Instantaneous expression
analysis showed that ZmHsp90-1 proteins was localized in cytoplasm. The expression of ZmHsp90-1 in maize analyzed by quan-
titative real-time PCR was induced by hot, high-salt, ABA, cold and drought treatments. These results suggested that ZmHsp90-1
might be a stress related gene of maize.
Keywords: Maize (Zea mays L.); Heat shock protein; Abiotic stresses; ZmHsp90-1
热激蛋白(heat-shock protein, Hsp)是指生物体
受热或其他理化因素作用后, 新合成的或含量增加
的一类分子伴侣蛋白 , 又称应激蛋白或热休克蛋
白。热激蛋白根据分子量可分为 Hsp60、Hsp70、
Hsp90、Hsp110、小分子量热激蛋白 sHsp [1-3]。Hsp90
是受 ATP 调节的二聚体分子伴侣家族, 它包含 3 个
高度保守的结构域, N端结构域、中间结构域(M)和
C端结构域[4]。N端结构域有一个 ATP结合位点, 此
位点也是 Hsp90 抑制剂的结合位点 , 并具内源
ATPase活性 , 能启动 Hsp90“分子夹”作用模式[5-6]。
1840 作 物 学 报 第 38卷

Hsp90 是生物表型变化的缓冲器, 扮演了一个“进化
的电容器”[7-8]。Hsp90作为分子伴侣在信号传导、蛋
白折叠、蛋白降解、正常和胁迫下植物的生长和发
育等方面都起到了很重要的作用[9]。当生物受到胁
迫时, 蛋白功能会出现变形、紊乱, Hsp90s作为一个
重要的胁迫响应蛋白会启动保护机制。
已有研究结果表明, Hsp90 基因家族广泛参与
各类生物及非生物的胁迫响应。Wang等[10]从小麦中
克隆了 3 个细胞质 Hsp90 族基因 , TaHsp90.1、
TaHsp90.2 和 TaHsp90.3, 过表达 TaHsp90.2 或
TaHsp90.3基因的小麦植株对小麦条锈病产生抗性。
AtHsp90.1通过与 R蛋白 RAR1 (required for MLA12
resistance 1)和 SGT1 (suppressor of G2 allele of sup-
pressor of kinetochore protein 1)结合能对小麦叶锈
病、大麦抗白粉病等产生抗性 [11-12]。同时, Hsp90s
能被如盐、旱、低温、热激、重金属、碱等非生物
胁迫强烈诱导 [13-16]。在拟南芥中已经克隆了 7 个
Hsp90 基因 , Hsp90.1~Hsp90.4 定位于细胞质 ,
Hsp90.5、Hsp90.6、Hsp90.7分别定位于叶绿体、线
粒体、内质网[17-18]。AtHsp90.2、AtHsp90.3、AtHsp90.4
的蛋白序列高度相似, 相似度至少达到 96%, 推测
它们的功能存在重复[13]。研究发现在不同的温度条
件下, 过表达 AtHsp90.1或 AtHsp90.2基因的啤酒酵
母都能生长, 表现出分子伴侣的功能一致性[19]。当
水稻受到盐、碱、旱、高温胁迫, 尤其是盐胁迫时,
rHsp90 基因表达量显著增加; 在酵母和烟草中过表
达 rHsp90 基因, 能提高植株对高盐胁迫的耐受性
[20]。大肠杆菌中表达 PgHsp90蛋白后, 增强了对热、
盐和脱水胁迫耐受性, 在不同的胁迫下 PgHsp90 基
因表达量都会相应增加以满足蛋白折叠的需要[21]。
研究还发现, Hsp90s 在植物体内的平衡对细胞胁迫
反应或耐受性的产生有一定的作用。在拟南芥中过
表达 AtHsp90.2、AtHsp90.5 和 AtHsp90.7, 虽然降低
了植株对高盐和旱的耐受能力, 但是提高了对 Ca2+离
子浓度的耐受性[18]。过表达 AtHsp90.3 能使酵母在
高温条件下生长; 过表达 AtHsp90.3 的拟南芥植株
对高温敏感、对重金属离子的耐受性低, 但是同样
耐受高 Ca2+浓度[22]。
本实验室在前期研究中采用耐旱差异显示
cDNA 文库构建及 RT-PCR 方法发现了一个新的热
激蛋白 Hsp90 族基因全长序列 (登录号为 NM_
001177004.1)。本研究克隆其序列并命名为 ZmHsp-
90-1。将 ZmHsp90-1蛋白与其他物种 Hsp90的蛋白
序列进行比对和进化树分析, 了解该基因的序列特
征; 通过对 ZmHsp90-1 蛋白亚细胞定位、组织表达
特性和对各种非生物胁迫响应情况的研究, 以期获
取玉米热激蛋白在逆境条件下的表达特征, 同时为
玉米抗逆分子育种提供基础。
1 材料与方法
1.1 植物材料
玉米自交系 X178, 是杂交种农大 108 的父本,
经中国农业科学院作物科学研究所多年的苗期和成
株期鉴定, 为抗旱自交系[23-24]。
1.2 RT-PCR扩增基因
用 Trizol (Invitrogen)提取 X178 总 RNA, 利用
AMV 反转录酶(Promega)合成第一链。根据 NCBI
上公布的 ZmHsp90-1 基因全长序列, 采用 Primer
Premier 5.0软件在基因的开放阅读框之外设计 PCR
扩增引物 Hsp90-1F和 Hsp90-1R, 扩增基因全长, 本
文中所有引物序列见表 1。按照 KOD FX (TOYOBO)
说明书进行扩增, 反应体系(50 μL)含 cDNA (10 ng
µL−1) 2.0 μL、Hsp90-1F (20 µmol L−1) 1.0 μL、
Hsp90-1R (20 µmol L−1) 1.0 μL、2×buffer 25.0 μL、
dNTP mix (0.2 mmol L−1) 5.0 μL、KOD FX (1 U μL−1)
1.0 μL, ddH2O 15.0 μL。反应程序为 94 3 min; 94 ℃ ℃
30 s, 55 45 s, 68 2 min, 40℃ ℃ 个循环; 68℃再延伸
10 min; 4℃保存。产物经 2%琼脂糖凝胶电泳, 凝胶
回收试剂盒(天根公司)回收目的片段。按照 pEASY-
Blunt 试剂盒(Trans), 将胶回收片段连接到 pEASY-
Blunt载体上。

表 1 引物名称及序列
Table 1 Names and sequences of primers used in this study
引物名称
Primer name
引物序列
Primers sequence (5′−3′)
Hsp90-1F CACAGCCTCCCACCACAAAC
Hsp90-1R CAGGGAGAATGCTGCGATGA
Hsp90GFP
(BamH I)F
TATCTCTAGAGGATCCCACAGCCTCCCA
CCACAAAC
Hsp90GFP
(BamH I)R
TGCTCACCATGGATCCCAGGGAGAATG
CTGCGATGA
18SRTF GGAGCCATCCCTCCGTAGTTAGCTTCTT
18SRTR CCTGTCGGCCAAGGCTATATACTCGTTG
GAPC2F AATGGCAAGCTCACTGGC
GAPC2R CTGTCACCGGTGAAGTCG
Hsp-RT2F GTTTCTACTCGGCATACCTTGTTG
Hsp-RT2R CTCCTCGTCCTTCTTATCTTCCTC

1.3 ZmHsp90-1蛋白的亚细胞定位
采用引物 Hsp90GFP (BamH I) F 和 Hsp90GFP
(BamH I) R 从连接有 ZmHsp90-1 cDNA 序列的
第 10期 刘玲玲等: 玉米热激蛋白基因 ZmHSP90-1的克隆及表达分析 1841


pEASY-Blunt 载体上扩增获得完整的开放阅读框。
以 Infusion 连接酶将该基因的开放阅读框克隆到经
BamH I 单酶切的 p163-GFP 载体, 构建与绿色荧光
蛋白(GFP)翻译融合的表达载体 p163-GFP-ZmHsp-
90-1。采用 In-Fusion PCR Cloning Kit (Clontech)构建
载体, 连接反应体系(10 μL)含 5×In-Fusion Reaction
buffer 1.0 μL, In-Fusion Enzyme 0.5 μL, 线性 p163-
GFP 1.0 μL (150 ng μL−1), 胶回收带 BamH I酶切位
点的 DNA片段 2.5 μL (133.3 ng μL−1)。将上述体系
混匀离心后放于 PCR仪器上, 37℃反应 15 min; 50℃
反应 15 min。然后于冰上将 10 μL的反应液加 ddH2O
稀释至 50 μL, 吸取 10 μL 进行热激转化大肠杆菌
DH5α感受态。
基因枪法转化经MS培养基预培养 5 h的洋葱表
皮细胞, 在 28℃培养转化细胞 36~48 h, 以 Leica
TCS SPI激光扫描共聚焦荧光显微镜观察实验结果。
1.4 ZmHsp90-1基因的表达模式
1.4.1 玉米自交系 X178 的非生物胁迫处理 自
然光照和温室条件下培养玉米自交系 X178, 对长到
三叶期的植株进行干旱、高盐(200 mmol L−1 NaCl)、
脱落酸(200 μmol L−1 ABA)、低温(4 )℃ 、高温(42 )℃
胁迫处理。
干旱处理: 将整株玉米幼苗从花盆中移出, 用
蒸馏水冲洗净根部泥土, 然后置干燥滤纸上, 分别
处理 0 h、l h、2 h、5 h、10 h、24 h后取样, 迅速置
液氮速降温后, −80℃保存备用。
高盐处理: 将玉米幼苗置 200 mmol L−1 NaCl溶
液中, 28℃恒温, 分别处理 0 h、l h、2 h、5 h、10 h、
24 h后取样, 迅速置液氮速降温后, −80℃保存备用;
ABA 处理: 室温 25℃条件下用 200 μmol L−1
ABA溶液喷施玉米植株叶片, 分别处理 0 h、l h、2 h、
5 h、10 h、24 h后取样, 迅速置液氮速降温后, −80℃
保存备用;
低温处理: 将玉米幼苗置 4℃培养箱中, 分别处
理 0 h、l h、2 h、5 h、10 h、24 h后取样, 迅速置液
氮速降温后, −80℃保存备用;
高温处理: 将玉米幼苗置 42℃培养箱中, 分别
处理 0 h、l h、2 h、5 h、10 h、24 h后取样, 迅速置
液氮速降温后, −80℃保存备用;
1.4.2 引物设计 以玉米甘油醛-3-磷酸脱氢酶
基因(GAPDH)和 18S核糖体 RNA基因为内参基因[25],
设计玉米基因特异引物; 根据已得到的 ZmHsp90-1
基因 cDNA 序列, 在基因的保守区跨内含子设计特
异引物。
1.4.3 实时 RT-PCR 采用 Bio-Rad公司的 SYBR
试剂盒中提供的方法。25 μL的反应体系含 2× Real-
Master Mix 12.5 μL、Forward Primer (20 μmol L−1)
0.3 μL、Reverse Primer (20 μmol L−1) 0.3 μL、模板
cDNA 2.0 μL。反应程序为 95℃预变性 3 min; 40个
循环(95℃变性 10 s, 58℃延伸 20 s, 72℃退火 20 s)。
在 iQ5/MyiQ2 (Bio-Rad)仪器上进行 PCR, 每个反应
重复 3 次。按照基因相对表达分析 2–ΔΔCT方法分析
ZmHsp90-1基因的相对表达量及其标准差。
2 结果与分析
2.1 RT-PCR扩增基因ZmHsp90-1及同源性比对
分析
以抗旱的玉米自交系 X178 cDNA 第一链为模
板, 扩增出一条 2 371 bp的特异带(图 1), 将扩增产
物进行琼脂糖凝胶电泳分离、回收、克隆、测序分
析。此片段包含一个 2 094 bp 的开放阅读框, 编码
697个氨基酸, 蛋白质分子量为 79.98 kD, 具有 115
bp 的 5′UTR 和 164 bp 的 3′UTR, 将基因命名为
ZmHsp90-1。ZmHsp90-1 编码蛋白序列包括 ATPase
位点和 Hsp90 保守结构域, 和其他植物的热激蛋白
氨基酸序列比对 (http://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.
cgi)表明, 该基因与拟南芥、水稻等多种物种的热激
蛋白高度同源。采用 Clustal W和 MEGA 4.1程序对
ZmHsp90-1 和其他物种热激蛋白作进化树分析 ,
ZmHsp90-1 与拟南芥的 AtHsp90.1 亲缘关系比较近,
两基因的蛋白序列相似性达到 88.3%, 而 AtHsp90.1
已经被验证与胁迫相关; 另外, 进化树还包括一些
低等生物的 Hsp90 家族基因, 如布氏轮藻类, 可见
Hsp90类蛋白为进化中非常保守的蛋白(图 2)。



图 1 RT-PCR扩增 ZmHsp90-1基因全长
Fig. 1 Full-length sequence of ZmHsp90-1 amplified by
RT-PCR
M: marker III; 1~3: ZmHsp90-1基因的扩增产物。
M: marker III; 1–3: PCR products of ZmHsp90-1 gene.
1842 作 物 学 报 第 38卷



图 2 不同植物物种中 Hsp90的聚类分析
Fig. 2 Phylogenetic analysis of Hsp90 in different plant taxa
图中显示多种植物间的 Hsp的亲缘关系, 包括小麦、水稻、玉米、藻类、烟草、拟南芥、大豆、鸭茅等, 箭头所示为目的基因。
Alignment of phylogenetic relationships among Hsp from various plant species, including wheat, rice, maize, Arabidopsis, Chara braunii,
Cenchrus americanus, Nicotiana tabacum, Glycine max, and Dactylis glomerata, the arrow shows the purpose gene.

第 10期 刘玲玲等: 玉米热激蛋白基因 ZmHSP90-1的克隆及表达分析 1843


2.2 ZmHsp90-1基因的亚细胞定位
将该基因表达的蛋白在网站 WoLF PSORT
(http://wolfpsort.org/)进行定位预测 , 发现该基因定
位于细胞质。为验证上述预测结果, 采用含有 GFP
的 p163-35S-GFP 载体与 ZmHsp90-1 基因构建成
p163-35S-ZmHsp90-1-GFP融合表达载体, 利用基因
枪轰击洋葱表皮细胞 , 通过激光共聚焦显微镜观
察、扫描、照相。p163-35S-GFP轰击洋葱表皮细胞
后, GFP充满整个表皮细胞, 观察不到明显的细胞核
(图 3-A1, A2, A3), 表明 p163-35S-GFP载体不具有
核定位功能。p163-35S-ZmHsp90-1-GFP融合表达载
体轰击洋葱表皮细胞后, 通过激光共聚焦显微镜观
察发现, GFP荧光全部集中在细胞质上, 而在其他部
位无 GFP 荧光(图 3-B1, B2, B3)。证实 ZmHsp90-1
定位在洋葱表皮细胞的细胞质中。



图 3 ZmHsp90-1蛋白在洋葱表皮细胞中的定位分析
Fig. 3 Subcellular localization analysis of ZmHsp90-1 fused
protein in onion epidermal cells
A1, A2, A3: P163-35S-GFP载体在洋葱表皮细胞中的瞬时表达结
果; B1, B2, B3: P163-35S-ZmHsp90-1-GFP融合表达载体在洋葱
表皮细胞中的瞬时表达结果。A1, B1: 暗视野下的绿色荧光蛋白;
A2, B2: 亮视野下的绿色荧光蛋白; A3, B3: 图(A1, A2)和图(B1,
B2)叠加。
(A1, A2, A3) and (B1, B2, B3) are images of the P163-35S-GFP
expression vector and P163-35S-ZmHsp90-1-GFP expression vec-
tor in onion epidermal cells, respectively. A1, B1: images of green
fluorescence of GFP in cells under the dark-field microscope; A2,
B2: bright-field; A3, B3: overlaid images of (A1, A2) and (B1, B2).

2.3 ZmHsp90-1基因的表达特性分析
实时荧光定量 PCR 的数据显示, 玉米 GAPDH
和 18S核糖体RNA基因在各个胁迫下表达量比较稳
定, 均可用作内参基因(图 4)。从曲线图可以看出, 42
℃高温处理 l h使 ZmHsp90-1的表达量达到最大值,
是不同胁迫下该基因表达量的最大值, 之后迅速降
低至接近正常水平; 经 200 mmol L−1 NaCl 处理 ,
mRNA 的积累量缓慢增加, 处理 2 h 达到最高接着
下降至趋于正常水平, 但仍高于对照; 经外源 200
μmol L−1的 ABA处理, ZmHsp90-1的表达量增加很
缓慢 , 在 24 h 达到最大值 ; 4℃低温胁迫条件下 ,
ZmHsp90-1基因在 l h开始被诱导表达, 随时间的增
加表达量比较稳定, 5 h后表达量缓慢下降; 在旱处
理下, ZmHsp90-1的表达量在 1 h达到最大值, 之后
一直高于正常水平。上述结果表明, ZmHsp90-1基因
的表达, 受高温、高盐、ABA、低温、干旱的诱导, 在
高温和高盐处理下的表达模式有些类似。进一步对
基因的组织表达特性分析显示, ZmHsp90-1 基因在
玉米中的表达量是根<叶<茎。
3 讨论
Hsp90 是一类广泛存在于原核生物和所有真核
生物中高度保守的胁迫蛋白, 它受多种生物逆境和
非生物逆境的诱导。Hsp90 具有包括应激反应和常
规的调节机制在内的多种生理学功能, 在所有真核
细胞生物的胁迫反应和生长发育中都发挥着举足轻
重的作用, 是一个功能专一的蛋白折叠必要工具[2],
对真核生物细胞的存活必不可少, 因此受到越来越
多的关注。
Hsp90分子夹的作用机制依赖 N端的 ATP的结
合和水解, 同时也受一些分子伴侣和辅助蛋白的调
节[26]。Nylandsted 等[27]发现 Hsp90 与共作用分子伴
侣 P23、Hop、Cyp40、FKBP52、FKBP51的相互作
用调节 Hsp90与底物的结合-解离循环。研究还发现,
安莎霉素类抗生素如 GA、HA与 ATP、ADP竞争性
与这个口袋结合, 使 Hsp90 与 ATP、ADP 的亲和力
降低[28]。不同类型的分子伴侣作用于不同的底物蛋
白, Hsp90与许多底物蛋白结合, 包括蛋白激酶、转
录因子等, 促进底物蛋白的稳定和激活或蛋白体的
降解, 从而影响信号转导、染色质重构、发育以及
形态变化。目前 Hsp90 与互作蛋白的作用机制正成
为研究热点之一。
Hsp90 家族氨基酸序列比对表明, 植物 Hsp90
与酵母、动物中的 Hsp90同源性达 63%~71%; 在不
同植物之间, Hsp90 的同源性高达 88%~93%[17]。进
化树分析表明 ZmHsp90-1 与拟南芥的 AtHsp90.1 关
系最近, AtHsp90.1已经被验证参与如高温、盐胁迫
等各类胁迫[19,29], 因此, ZmHsp90-1可能是玉米中的
一个胁迫响应基因。Blast 比对和进化树分析发现,
ZmHsp90-1 和其他植物的热激蛋白序列高度同源,
如拟南芥、水稻, 甚至包括一些低等植物的 Hsp90
1844 作 物 学 报 第 38卷




图 4 不同胁迫条件下 ZmHsp90-1基因的表达模式
Fig. 4 Expression patterns of ZmHsp90-1 gene in response to different abiotic stresses
在不同时间段提取经过高温、盐、ABA、低温、干旱处理的幼苗叶片总 RNA。采用荧光实时定量 PCR方法分析基因在不同胁迫环境
下和不同组织中的表达模式。
Total RNAs were extracted from maize seedling leaves at a time course with treatments of hot, salt, ABA, cold and drought, respectively. The
expression patterns in response to different abiotic stresses and in different organs were analyzed by quantitative real-time PCR with the
specific primers designed on ZmHsp90-1 sequence.

蛋白, 由此可见 Hsp90 蛋白家族为进化中非常保守
的蛋白。
AtHsp90-1、AtHsp90-2、AtHsp90-3和 AtHsp90-4
定位于细胞质, 在它们的 C 末端的氨基酸序列末端
都含有特异的定位信号 MEEVD, AtHsp90-5由位于
N 端的 60个氨基酸组成的多肽引导其进入叶绿体;
AtHsp90-6由位于 N端的 48个氨基酸组成的多肽引
导进入线粒体, AtHsp90-7包含 18~30个氨基酸组成
的 N端信号序列和 C端的 KDEL内质网定位信号序
列, 定位于内质网上[17,30-31]。过表达叶绿体和内质网
上的 AtHsp90 对氧化胁迫的抗性功能不如细胞质
AtHsp90[13]; 在胁迫条件下, 细胞质 AtHsp90s 能稳
定温度敏感的 Hsp90 突变酵母株的生物膜系统, 但
是细胞器AtHsp90s不能保护突变株的生物膜[19]; 叶
绿体特异的 Hsp90-5 突变体导致拟南芥对红光应
答、氯酸盐抗性的改变和 cr88突变体中组成型的叶
绿体发育的延迟[32]; 内质网特异性的 Hsp90-7 突变
在 shepherd 突变体中产生花状和放射状分生组织表
型[33]。细胞器 Hsp90和细胞质 Hsp90的具体的功能
和作用机制有待进一步研究。本研究发现 ZmHsp90-1
蛋白定位在洋葱表皮细胞的细胞质中, 与 AtHsp90.1
蛋白的定位相同 , 可以依据 AtHsp90.1 大致推测
ZmHSP90-1基因的功能。
Hsp90 在受到热、冷、盐或旱胁迫后其表达量
会显著增加 [18,20,22,34-35]。实时定量 PCR 分析显示,
ZmHsp90-1 基因的表达受多种非生物胁迫的诱导 ,
且在不同胁迫处理下表达模式不同, 但在高温和高
盐下的表达模式有些类似, 推测在这 2 个胁迫条件
下玉米产生的反应可能存在共同点。
真核生物热激基因的启动子中共同拥有一个回
第 10期 刘玲玲等: 玉米热激蛋白基因 ZmHSP90-1的克隆及表达分析 1845


文序列 AGAAn/nTTCT 的热激转录因子识别元件
(heat shock element, HSE)[36]。热激蛋白的表达受到
热激转录因子的调控, 在热、氧化和病毒等胁迫下,
热激转录因子(Hsfs)结合在热激蛋白基因的热激元
件上, 以吸引其他转录因子结合在热激蛋白基因上
而形成转录复合体, 导致热激蛋白基因的转录和热
激蛋白的累积[38]。在酵母中, Hsp90是通过高渗压甘
油信号转导途径(high-osmolarity glycerol, HOG)和
促分裂原活化蛋白激酶途径(mitogen-activated pro-
tein kinase, MAPK)参与到胁迫过程中的[22,38-40], 但
是 Hsp90 族基因在植物中抵御非生物逆境的过程还
不清楚。我们对于 Hsp90在植物胁迫反应中的功能和
作用机制了解还比较匮乏, 有待进一步研究探讨。
4 结论
克隆了玉米的热激蛋白基因 ZmHsp90-1, 推测
ZmHsp90-1 基因是玉米一个胁迫相关基因。受各种
非生物胁迫诱导, 在玉米细胞质中表达。以期了解
抗旱性分子机制、创造抗旱新种质, 进而选育抗旱
品种, 提高玉米等作物的抗旱能力。
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