全 文 ：作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2010, 36(7): 1135−1143 http://www.chinacrops.org/zwxb/
ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9 E-mail: xbzw@chinajournal.net.cn

本研究由国家转基因生物新品种培育重大专项(2008ZX08010-002), 国家高技术研究发展计划(863计划)项目(2008AA10Z121), 重庆市自然科学
基金(CSTC2009BA1088), 中央级公益性科研院所基本科研业务费专项(2060302-2), 教育部留学回国人员启动费和农业部回国人员择优资助
项目资助。
*
通讯作者 (Corresponding authors): 杨建平 , E-mail: yangjianping@caas.net.cn, Tel: 010-82105859; 牛应泽 , E-mail: nyz@sicau.edu, Tel:
13981617895 **共同第一作者
Received(收稿日期): 2009-11-26; Accepted(接受日期): 2010-03-16.
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2010.01135
番茄果实成熟相关基因 SlPEL和 SlAPL的表达特性
肖 东 1,2 肖 阳 3,** 蔡应繁 4 邓小峰 1,5 吴锁伟 1 郑 旭 1,3 李晚忱 5
吴翠平 1,2 费章君 6 牛应泽 2,* 杨建平 1,4,*
1 中国农业科学院作物科学研究所, 北京 100081; 2 四川农业大学农学院, 四川雅安 625014; 3 中国农业科学院研究生院, 北京 100081;
4 重庆邮电大学生物信息学院, 重庆 400065; 5 四川农业大学玉米研究所, 四川雅安 625014; 6 Boyce Thompson Institute for Plant
Research, Cornell University, Ithaca 14853, NY, USA
摘 要: 分析 27 个代表番茄不同发育阶段和生物反应的组织特异性及含有 152 635 个独立 EST 数据库的数码表达,
发现果胶裂解酶基因(pectate lyase, SlPEL) 和番茄 AP2 Like (SlAPL)的转录受果实成熟的调节。以授粉后不同发育时
期的番茄(品种为美味樱桃)果实为试材, 用半定量 PCR 和荧光实时定量 PCR 分析 SlPEL 的表达模式, 结果表明, 授
粉后 12 d, 其表达水平明显上升; 授粉后 16~18 d, 达到第一个小高峰; 28 d到最高峰; 从 28 d到完全成熟逐步下降到
第一个小高峰的水平。SlAPL的表达模式与 SlPEL类似, 但其表达启动的时期迟于 SlPEL。从授粉后 25 d, SlAPL转
录启动; 授粉后 28~32 d, 其转录水平上升到第一个小高峰; 39 d达到最高峰, 以后到完全成熟略有下降。该研究也印
证利用 EST的数据库进行基因数码表达分析的可行性。
关键词: 番茄; 果胶裂解酶基因; 番茄 APETALA 2 Like基因; 表达分析
Isolation and Expression of Two Fruit Ripening Related Genes SlPEL and
SlAPL in Tomato (Solanum lycopersicum)
XIAO Dong1,2, XIAO Yang3,**, CAI Ying-Fan4, DENG Xiao-Feng1,5, WU Suo-Wei1, ZHENG Xu1,3, LI
Wan-Chen5, WU Cui-Ping1,2, FEI Zhang-Jun6, NIU Ying-Ze2,*, and YANG Jian-Ping1,4,*
1 Institute of Crop Sciences, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081, China; 2 College of Agronomy, Sichuan Agricultural Univer-
sity, Ya’an 625014, China; 3 Graduate School of Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing, 100081, China; 4 College of Bio-information,
Chongqing University of Posts and Tele-communication, Chongqing 400065, China; 5 Maize Research Institute, Sichuan Agricultural University,
Ya’an 625014, China; 6 Boyce Thompson Institute for Plant Research, Cornell University, Ithaca 14853, NY, USA
Abstract: During ripening, fruits undergo complicated developmental changes with varying physiological and biochemical activi-
ties that affect color, flavor, and texture. In tomato, these changes include accumulation of ethylene, the red pigment lycopene and
the cell wall hydrolase, polygalacturonase (PG). Recently, genes of PG, pectin esterase (PE), ACC synthetase, ACC oxidase, and
ethylene syshetase etc. from tomato, banana, Carica papaya, peach, and mango have been cloned. In this study, a large tomato
expressed sequence tag (EST) dataset (152 635 in total) from 27 different EST libraries was analyzed to gain insights into digital
gene expressions of two fruit ripening related genes SlPEL and SlAPL in tomato. Their expression profiles were detected using
semi-quantitative RT-PCR assays and real-time RT-PCR assays in tomato (cv. Meiweiyingtao) during fruit development and rip-
ening. SlPEL expression increased in the fruit at 12 days after pollination, and reached the small peak 4−6 days later and the larger
peak at 28 days after pollination; then dropped to the level of the small peak until red ripening stage. As SlPEL, SlAPL expression
was also induced by the fruit ripening. But SlAPL expressed two weeks later than SlPEL. SlPEL expression achieved the small
peak at 28−32 days after pollination and the large peak at 39 days after pollination; and kept the higher levels until red ripening
stage. The results confirmed that the digital gene expression using different EST libraries is an effective way to check the research
value genes.
Keywords: Solanum lycopersicum; Pectate lyase; APETALA 2 Like; Expression analysis
1136 作 物 学 报 第 36卷

番茄(Solanum lycopersicum)属于浆果植物, 其
果实成熟后 , 很快变软 , 不利于保鲜和贮运 , 番茄
采后损耗量高达总产量的 15%~20%[1]。果实成熟是
一个复杂的生理生化过程 , 包括类胡萝卜素的积
累、芳香物质的合成、糖的积累和果实的软化等, 其
间涉及一系列基因的表达与调控。番茄果实成熟机
制属于呼吸跃变型, 伴随呼吸峰的跃变和乙烯的大
量生成[2]。果蔬采后最主要的生命活动就是呼吸, 它
直接影响果蔬的耐贮性和抗病性, 引起品质劣变和
腐烂[3]。通过抑制番茄果实成熟来提高其耐贮性, 是
番茄贮运生理和遗传育种的一个重要研究方向[4]。
对番茄成熟软化过程的研究发现, 在果实软化
后期果胶酶活性升高, 原果胶大量降解为水溶性果
胶 , 从而增大细胞壁网络孔径 , 导致细胞壁膨胀 ,
增加细胞中水解酶与底物的接触, 加速细胞解体[4]。
果胶类物质是存在于高等植物初生壁和细胞间隙的
一组多糖, 在植物组织细胞间起黏合作用。果胶酶
包括多聚半乳糖醛酸酶(polygalacturonase, PG)、果
胶酯酶 (pectin esterase, PE) 和果胶裂解酶 (pectate
lyase, PEL), 这些果胶酶基因在果实的不同发育阶
段存在严格的表达调控[5-6]。其中果胶裂解酶通过 β-
消除的方式, 即通过对 β-碳原子上的基团进行去除
或转移, 形成双键, 最终促成多聚半乳糖醛酸 α-(1,4)
键的断裂[7]。因此该酶是一种能降解植物细胞壁, 导
致植物组织软化甚至死亡的解聚酶 [8]。Dominguez-
Puigjaner 等[9]从香蕉果实 cDNA 文库中克隆出一条
编码与果胶裂解酶同源的 cDNA 片段(Banl7), 并首
次提出了 PEL基因的转录与果实成熟软化有关。此
后不久, 在草莓、葡萄上均分离到 PEL 基因[10-11]。
随着研究的深入, 有学者成功地应用反义 RNA的技
术抑制了番茄果实中 PEL 基因的表达, 阻止了果实
由青白转变成红熟过程中所伴随的果实软化[12]。
Fei等[13]利用 27 个代表发育、生物反应和组织
特异性组织特异性的包含有 152 635独立 EST的番
茄 EST 数据库, 运用数码表达谱技术, 在系统水平
上对 31 012个独立基因进行基因表达和组织特异性
分析, 发现分别有 333 个和 185 个基因受到果实成
熟的诱导或抑制。本文根据以上研究结果, 选取了 2
个基因作为研究对象, 其一在番茄果实成熟过程中
EST数有很大变化的基因(TC115095, GenBank登录号
为 BT012714); 另一个只在番茄果实中有相应 EST 的
基因(TC124194, GenBank登录号为 EU677382)。根据
NCBI提供的数据, 经序列分析发现, TC115905氨基
酸序列属于果胶裂解酶超级家族蛋白, 本文将其命
名为番茄 Pectate lyase C (SlPEL); EU677382序列在
提交时已经被定义为 Solanum lycopersicum APETALA2-
like protein mRNA, 故此将其命名为番茄 APETALA
2 Like (SlAPL)。尽管这两个基因早已被克隆, 但未
见其他在果实发育过程中表达模式及其功能分析的
报道, 本研究利用已发表的序列信息, 从番茄中(品
种为 Aisla craig)克隆了这两个基因; 并通过半定量
PCR 和定量 PCR, 对其在番茄果实成熟进程中的表
达模式, 进行了较为详细的分析, 以利于其基因功
能方面的研究。
1 材料与方法
1.1 果实成熟相关基因的数码表达谱分析
以 Fei等[13]建立的组织特异性 EST数据库为基
础, 对不同组织器官及从授粉到完全成熟果实的各个
EST 的数据库中, TC115095(BT012714)和 TC124194
(EU677382)两个基因 EST 的数目进行统计; 在特定
EST的数据库中, 某基因 EST数目占总 EST数目的
比例代表其相对数码表达水平。
1.2 番茄种植、果实成熟度的观察和基因表达分
析样品的准备
基因克隆所用番茄品种为“Aisla craig”, 在温室
(24℃, 昼/夜=16/8 h)育苗, 1个月后移栽于北京试验
田 , 收获破色期果实 , 迅速切块装入离心管 , 用液
氮速冻, −80℃保存备用。
用于表达分析的番茄品种为“美味樱桃”, 属于
樱桃番茄, 花果多, 易观察和获得所需特定时期的
番茄果实(图 1), 种子购于中国农业科学院蔬菜花卉
研究所。2008年 5月中旬温室育苗, 1个月后移栽于
北京试验田。在开花授粉 9 d后, 番茄的果实直径在
0.5 cm左右; 其破色期在 28~32 d, 这时的果实接近
成熟期果实的大小(2.5 cm); 41 d果实进入红色成熟
期, 45 d果实完全成熟(图 1)。开花期分别挂牌和拍
照 , 于花后不同天数采摘不同成熟度的番茄果实 ,
迅速切块装入离心管, 用液氮速冻, −80℃保存备用。
1.3 总 RNA 的提取和 cDNA 的合成以及 SlPEL
和 SlAPL基因的分离
用 Trizol 试剂(Invitrogen 公司, 美国)提取果实的
总 RNA, 以加入 1% PVP (W/V, Polyvinylpyrrolidone,
Sigma, USA)来消除果实中淀粉和其他内含物的影
响。总 RNA经无 RNAase的 DNAase (TaKaRa公司,
日本) 在 37℃处理 30 min 及乙醇沉淀和 70%乙醇清
第 6期 肖 东等: 番茄果实成熟相关基因 SlPEL和 SlAPL的表达特性 1137


洗后, 加入 80 µL的 DEPC灭菌水, 用 U800型分光
光度计(岛津公司, 日本)标定其含量。采用 M-MLV
逆转录试剂盒 (Promega 公司, 美国), 以 2 μg 总
RNA、Oligo(T)18为引物逆转录合成 cDNA 第一链,
−20℃保存备用。以处于破色期品种 Aisla craig番茄
果实的 cDNA第一链为模板, 进行 PCR扩增目的基
因片段, DNA 聚合酶为 Ex Taq (TaKaRa 公司, 日
本)。克隆到 pMD19-T Simple载体 (TaKaRa公司, 日
本), 用 PCR和酶切鉴定后正确的克隆进行序列测定。
克隆和 PCR检测基因 SlPEL和 SlAPL的引物见表 1,
由上海生工生物公司合成, 经 PAGE纯化。
1.4 SlPEL和 SlAPL的序列分析和系统树分析
利用 DNAMAN 软件进行多序列比对, 分别利
用已克隆的 SlPEL 和 SlAPL 基因编码的氨基酸序列
和其他物种相应的氨基酸序列进行序列比对, 同时
采用DNAMAN软件对 SlPEL全基因和 SlAPL的AP2
区段进行系统进化树分析。SlPEL 氨基酸序列用真
菌红色糖多孢菌果胶裂解酶基因(Saccharopolyspora
erythraea, YP_001106556)作为比对根, 用于比对的物
种和基因登录号为：蔷薇科草莓 (Fragaria × ananassa,
AAK66161), 葡萄科葡萄 (Vitis vinifera, AF243475),
芭蕉科香蕉 (Musa acuminata, AAF19195), 番木瓜科



图 1 番茄授粉后到完全成熟果实表型(品种：美味樱桃)
Fig. 1 Profile of fruits development at different stages (cv. Meiweiyingtao)
短棒代表 1 cm。Bar =1 cm.

表 1 用于基因 SlPEL和 SlAPL克隆、半定量 PCR和实时定量 PCR的引物、退火温度和扩增产物
Table 1 Primer sequence, annealing temperature and product size for gene cloning, semi-quantitative RT-PCR and real-time
RT-PCR of SlPEL and SlAPL genes
用途
Purpose
基因
Gene
引物
Primer
序列
Sequence (5′–3′)
退火温度
Annealing
temperature (℃)
扩增产物
Product size
(bp)
TC115905f1 TCTAGAATGGGCACTTCCTCTGTTTTTC 75 SlPEL
TC115905r2 CCCGGGTTAGCAACGAGAACCCTTTTTA 79
1017
TC124194f1 TCTAGAATGTGGAATTTAAATGATTCCC 69
基因克隆
Gene cloning
SlAPL
TC124194r2 GGATCCTCAAGGTCTCATAAAATAATGA 71
1206

smTC115905f CGACGATTGTTGGCGTTGTGA 59 SlPEL
smTC115905r CCCGTAATGCGATGGACTGCT 61
415
smTC124194f ACCACGTTCAAGAAGTTCACAG 59 SlAPL
smTC124194r CATTCTAGCTTCCCATCTACCAC 63
346
SlAct F GGAATGGGACAGAAGGAT 49
半定量 RT-PCR
Semi-quantitative
RT-PCR
ACTIN
SlAct R CAGTCAGGAGAACAGGGT 51
143

qTC115905f AGGTTACAAAGCACGGATGCA 57 SlPEL
qTC115905r GATTGGCTACTAATGAAGACG 55
166
qTC124194f GGAGGCGGACATAAACT 47
实时定量 PCR
Real-time RT-PCR
SlAPL
qTC124194r GCTTCCCATCTACCACATT 51
172
1 引物 TC115905f和 TC124194f在 5′端插入 Xba I位点; 2 引物 TC115905r和 TC124194r在 5′端插入 Xma I位点。
1 Xba I sites are introduced at 5′ terminal of primer TC115905f and TC124194f; 2 Xma I sites are introduced at 5′ terminal of primer
TC115905r and TC124194r.
1138 作 物 学 报 第 36卷

番木瓜 (Carica papaya, ABG66730)和茄科辣椒
(Capsicum annuum, AAM12784); 其他植物杨柳科毛
果杨 (Populus trichocarpa, XP_002322215), 松科云
杉 (Picea sitchensis, ABR17791), 锦葵科陆地棉
(Gossypium hirsutum, AAY85180), 大 戟 科 蓖 麻
(Ricinus communis, XP_002515037), 十字花科拟南
芥 (Arabidopsis thaliana, NP_567707), 禾本科水稻
(Oryza sativa, EEC76710), 豆科苜蓿 (Medicago
truncatula, ACK38190)。
SlAPL 基因是以海藻(Micromonas sp. RCC299,
XP_002507962)的 AP2 基因作为的氨基酸比对的根,
用于比对的物种和基因登录号为：木本植物松科雪
松 (Larix×marschlinsii, ABM26974), 杨柳科毛果杨
(Populus trichocarpa, XP_002310715)和葡萄科葡萄
(Vitis vinifera, XP_002283045); 草本植物旋花科牵
牛花 (Petunia×hybrida, AAD39439), 玄参科金鱼草
(Antirrhinum majus, AAO52747), 十字花科拟南芥
(Arabidopsis thaliana, NP_195410), 豆科豌豆(Pisum
sativum, AAK14326), 禾本科水稻 (Oryza sativa,
CAE01667), 大戟科蓖麻 (Ricinus communis, XP_
002534399), 百合科兰花 (Dendrobium crumenatum,
AAZ95247)和水蕨科水蕨(Ceratopteris thalictroides,
AAY17062)。
1.5 SlPEL和 SlAPL表达的半定量 RT-PCR分析
根据SlPEL和SlAPL的序列分别设计特异引物(表
1); 以番茄 Actin 基因(GenBank 登录号为 AB199316)
设计其引物 。以不同成熟时期的番茄果实的 cDNA
第一链为模板, 用 rTaq DNA聚合酶 (TaKaRa公司,
日本) 进行 PCR 扩增, PCR 扩增程序为：94℃预变
性 1 min, 94℃变性 30 s, 58℃退火 30 s, 72℃延伸 30 s,
30个循环后, 72℃延伸 10 min。RT-PCR产物经 1.0%
琼脂糖电泳后拍照。半定量 RT-PCR 均经过 3 次独
立的重复实验, 琼脂糖电泳胶经 Gel Doc 成像系统
(Bio-Rad, Hercules, CA, USA)拍照后 , 用软件
“Quantity One” (Bio-Rad, Hercules, CA, USA)得到各
条带的光密度值, 再分别计算 SlPEL 和 SlAPL 与其
对应 Actin光密度的比值, 然后以 SlPEL和 SlAPL在
开花后 9 d果实 RT-PCR的光密度作为 1, 来计算这
两个基因不同发育时期相对的表达水平。
1.6 SlPEL和 SlAPL表达的实时定量 PCR分析
以不同时期番茄果实的 cDNA 第一链为模板,
参照Livak等[14]的方法, 以Actin基因为内参引物(与
半定量 PCR实验中相同, 表 1), 测定 SlPEL和 SlAPL
的相对表达量。根据 SlPEL 和 SlAPL 的序列分别设
计特异的实时定量 PCR 引物(表 1)。按照 TaKaRa
SYBR Premix Ex Taq 剂盒的说明书, 用 Chromo 4
Real-Time PCR Detector (Bio-Rad, 美国 )仪器及
SYBR Green荧光染料绝对定量 PCR方法进行检测,
其分析软件为“the opticon monitor analysis software
version 3.1”。分别以 SlPEL 和 SlAPL 在开花后 9 d
果实 RT-PCR的表达量作为 1, 来计算各自的相对表
达水平。相对表达量的结果经过 3 次独立的生物学
重复, 并以此计算其标准差。
2 结果与分析
2.1 数码表达谱分析表明 SlPEL 和 SlAPL 的表
达与果实成熟相关
SlPEL除在愈伤组织、悬浮培养细胞、根冠瘿、
野生番茄毛状体和多毛番茄毛状体中有较低水平的
表达外, 在休眠种子、各个时期的根、分生组织和
叶片中均表达; SlAPL在各种营养器官中均未检测到
表达(表 2)。对果实由花蕾、半绿、破色到红色成熟
过程中数码表达分析发现, SlPEL在 8 mm-开花前花
蕾和完全展开花中开始启动表达, 但在发育完全成
熟的花、子房和半绿果实中没有检测到表达, 果实
从成熟绿期至破色期, 其表达水平迅速上升, 到红
色成熟期达到高峰; SlAPL的表达模式与 SlPEL相似,
只是表达启动的时期稍晚, 从半绿果实才开始, 在
破色到红色成熟期表达相对较高(表 2)。
2.2 SlPEL和 SlAPL的同源性比较与系统进化树
的建立
为了将来进行转基因研究 , 笔者分离得到了
SlPEL和 SlAPL。经测序, 克隆的 SlPEL和 SlAPL的
序列与网上公布的基因序列相比, 分别有 2个和 3个
单核苷酸的差异, 仅在后者引起 1个氨基酸的差异。
为了研究这两个基因与其同源基因的结构差异和同
一性, 对这两个基因进行了序列分析并构建了它们
的系统进化树。
序列比对表明, SlPEL与已其他植物的果胶裂解
酶基因, 在氨基酸水平有很高的同源性(图 2和图 3),
其中与辣椒果胶裂解酶的同源性达到 97%, 与棉花、
毛果杨、蓖麻、葡萄、拟南芥和香蕉果胶裂解酶基
因的同源性在 81%~88%之间; 与苜蓿、木瓜、草莓、
水稻和云杉的同源性在 70%~77%之间。另外, 这些
酶近 C端的主要活性区域更加保守(图 2)。
第 6期 肖 东等: 番茄果实成熟相关基因 SlPEL和 SlAPL的表达特性 1139


表 2 番茄 SlPEL和 SlAPL的组织特异性和果实发育阶段的数码表达谱分析
Table 2 Digital expression analysis of SlPEL and SlAPL in different tissues in tomato
SlPEL SlAPL
文库编号
Library ID
cDNA文库
cDNA library
EST总数目
Total number
of EST
EST数目
Count of EST
EST百分率
Percentage of EST
EST数目
Count of EST
EST百分率
Percentage of
EST
S0243 休眠种子
Quiescent seeds
547 0 0 0 0
S0246 愈伤组织 Callus 14114 1 0.007 0 0
S0247 悬浮培养细胞
Suspension culture cells
8026 11 0.137 0 0
S0248 根冠瘿
Crown galls
5204 3 0.056 0 0
S0244 野生番茄毛状体
Pennellii trichomes
2729 2 0.073 0 0
S0245 多毛番茄毛状体
Hirsutum trichomes
2457 2 0.081 0 0
S0241
完全吸涨后 5 d后的幼根
Radiclesafter seedlings 5 days
post- imbibition
2373 0 0 0 0
S0242
完全吸涨后 7 d后的幼根
Whole seedlings after 7 days
post- imbibition
3927 0 0 0 0
S0240 营养匮乏的根
Nutrient deficient roots
3175 0 0 0 0
S0238 开花前的根
Roots during pre-anthesis
3259 0 0 0 0
S0239 挂果期的根
Roots during fruit set
3142 0 0 0 0
S0236
4~6周顶端分生组织
Shoots/ meristems of 4–6 week
old plants
9122 0 0 0 0
S0237
8周顶端分生组织
Shoots/meristems, of
8-week-old plants
898 0 0 0 0
S0233 感染假单胞菌叶片
Pseudomonas susceptible leaves
5243 0 0 0 0
S0234 抗假单胞菌叶片
Pseudomonas resistant leaves
5127 0 0 0 0
S0235 混合新生叶片
Mixed new leaves
9135 0 0 0 0
S0232 野生番茄花粉
Wild tomato pollens
5426 0 0 0 0
S0227 0~3 mm花蕾
0–3 mm flower buds
6259 0 0 0 0
S0228 3~8 mm花蕾
3–8mm flower buds
5524 0 0 0 0
S0229 8 mm-开花前花蕾
8 mm-preanthesis flower buds
5759 1 0.017 0 0
S0230 完全展开花
Open flowers
5643 1 0.017 0 0
S0231
发育完全成熟的花
Flower at a mixture of
developmental stages
7009 0 0 0 0
S0222 子房 Ovary fruits 9878 0 0 0 0
S0223 半绿果实
Developing green fruits
4240 0 0 1 0.024
S0224 成熟绿果实
Mature green fruits
5317 1 0.019 0 0
S0225 破色期果实
Break stage fruits
15207 131 0.861 19 0.125
S0226 红色成熟果实
Red ripening fruits
3895 105 2.696 7 0.180

1140 作 物 学 报 第 36卷



图 2 番茄与其他植物果胶裂解酶基因氨基酸序列比对
Fig. 2 Multiple amino acid sequence alignment of plant pectate lyases



图 3 植物果胶裂解酶基因氨基酸水平的进化树分析
Fig. 3 Phylogenetic tree of plant pectate lyases

番茄与其他植物 APETALA 2 (AP2)和 APETALA
2 Like (APL)基因氨基酸序列比对表明, 在 DNA 结
合的 AP2 区段, 番茄、金鱼草、葡萄、拟南芥和水
稻的氨基酸水平的同源性为 98% (图 4); 而这 5个的
蛋白 N 端的长度为 110~215 氨基酸残基, 同源性在
7%~16%之间; C 端的长度为 120~215 氨基酸残基,
同源性比其 N端略高, 在 26%~53%之间。进化树分
析表明番茄与金鱼草的同源性最高(69%), 与葡萄、
毛果杨、蓖麻油和牵牛花的同源性较高; 与兰花和
雪松的同源性较低(43%和 46%); 与拟南芥、豌豆和
水稻的同源性在 65%~56%之间(图 5)。
2.3 番茄 SlPEL在果实发育过程中的表达分析
对 SlPEL表达水平的定量 RT-PCR分析表明(图
6), 以开花授粉 9 d的果实的 SlPEL与 Actin的相对
表达水平定义为 1, 其授粉后 12 d 的表达水平达到
3.6倍; 授粉后 16 d和 18 d达到第一个小高峰(7倍),
然后授粉后 21 d和 23 d略有下降, 到 25 d又回复到
9.1倍, 28 d到最高峰(28.2倍), 28~34 d, 其表达水平
一直维持大于 20倍的水平; 36~41 d, 其转录水平维
持在 15~18倍的水平, 然后 43 d和 45 d, 转录水平
下降到 10.8 倍和 7.5 倍。其表达水平的半定量
RT-PCR和定量 RT-PCR结果呈现相同的趋势, 半定
第 6期 肖 东等: 番茄果实成熟相关基因 SlPEL和 SlAPL的表达特性 1141




图 4 植物 AP2和 APL基因的 AP2区段的氨基酸序列比对
Fig. 4 Alignment of AP2 domains of plant AP2 and APL proteins



图 5 植物 AP2和 APL基因氨基酸水平的进化树分析
Fig. 5 Phylogenetic tree of plant AP2 and APL genes

量 RT-PCR 检测到 SlAPL 表达水平整体上低于荧光
实时定量 PCR分析结果。
2.4 番茄 SlAPL在果实发育过程中的表达分析
与 SlPEL不同, SlAPL的转录启动相对较迟, 开
花到授粉 9~23 d, 一直处于极低水平(图 7)。以开花
授粉 9 d的果实的 SlAPL与 Actin的相对表达水平定
义为 1, 从授粉后 25 d 其开始上升 5.9 倍。授粉后
28~32 d, 其转录水平达到第一个小高峰, 达到 43~
45倍; 授粉后 34 d, 略有下降到 25倍, 36 d转录恢复
到 40倍, 38 d达到 67.5倍, 39 d达到最高峰(154倍);
授粉后 41 d, 降到 62.5 倍, 授粉后 43 d, 又上升到
114倍; 到完全成熟略有下降, 维持在 73倍水平。
3 讨论
Mbéguié-A-Mbéguié 等[14]报道在诱导香蕉成熟
后 4 d内, 果胶裂解酶基因的表达急剧上升, 这与本
实验在番茄中的结果一致。进一步分析发现, SlPEL
的表达跃升在呼吸跃变发生之前, 其表达量在授粉
后 25 d开始急剧增长, 此时对应的番茄形态为绿熟
期, 所对应的果实成熟期为呼吸跃变预备期[15]。这
说明 SlPEL 的表达在果实成熟期间有个明显的跃变
过程 , 且该基因的表达跃升先于果实的呼吸跃变 ,
此后该基因的表达量经历了一个缓慢上升而又缓慢
下降的过程。这些结果表明, SlPEL与番茄果实的成
熟过程密切相关, 但是仅凭借表达分析的结果还无
法确定此基因的具体功能, 其功能需要在番茄中进
一步的进行过表达或 RNAi 方面抑制该基因表达的
研究来揭示。
SlAPL 的转录像 SlPEL 一样也与果实的成熟一
致, 但是从半定量和定量 PCR 的结果来看, 尽管其
表达在果实发育的中后期有一跃升, 但其高峰到来
的时期较晚, 直到授粉后 28 d后才开始出现显著增
长, 而此时果实已经处于破色期, 对应的是呼吸跃
变前期[16]。这暗示着这个基因在果实成熟过程中的
跃升是由呼吸跃变引起的, 意味着在果实成熟中的
作用不如 SlPEL 重要, 而 Ohto 等[16]发现拟南芥中
AP2 控制种子的发育过程, 这暗示在表达分析中出
现的基因表达变化可能反应了番茄种子中 AP2基因
的变化情况, 进一步分析处于不同成熟期的番茄种
子中 AP2的表达情况可能会给研究人员提供更多有
用的信息。
McMurchie[17]等首次提出基础乙烯(basal ethy-
lene) 或系统 I (System-1)和成熟相关乙烯 (ripen-
ing-associated ethylene) 或系统 II (System-2)的概
念。基础乙烯指具有呼吸跃变的果实在呼吸跃变前
所产生的基础水平的少量乙烯; 随着果实成熟, 伴
随呼吸跃变产生的大量乙烯称为成熟相关乙烯。
SlPEL 和 SlAPL 均出现了跃升的现象, 但笔者也注
意到在跃升之前这两个基因都有一基础水平的表达,
这说明它们的表达也可能受到系统Ⅰ乙烯的影响 ,
1142 作 物 学 报 第 36卷



图 6 SlPEL在番茄授粉后到完全成熟果实过程中的半定量和定量 RT-PCR分析
Fig. 6 Semi-quantitative RT-PCR and real-time PCR of SlPEL during tomato fruit development



图 7 番茄授粉后到完全成熟过程中果实 SlAPL的半定量和定量 RT-PCR分析
Fig. 7 Semi-quantitative RT-PCR and real-time PCR of SlAPL during tomato fruit development

随着成熟相关乙烯合成过程的启动 SlPEL 和 SlAPL
的表达迅速被诱导。
在生物特定组织或器官 EST 的数据库中, 该基
因 EST出现的频率在一定程度上代表该基因的相对
表达水平。基于这样的理念, 利用已有 GenBank 等
的 EST的数据库进行基因的组织器官和时刻特异的
数码表达分析, 可以有助于提前预知该基因的研究
价值。本研究中 SlPEL 和 SlAPL 基因的定量和半定
量 RT-PCR 表达测试, 印证利用 EST 的数据库进行
基因数码表达分析的可行性。
另外, 对 SlPEL 的半定量和定量 RT-PCR 分析
表达水平趋势相同, 随着果实的发育, 其表达呈上
升趋势 , 在破色期达到高峰 , 以后逐步下降 , 但维
持在较高的水平。半定量 RT-PCR 检测到 SlPEL 表
达水平的整体上低于荧光实时定量 PCR 分析, 很可
能是我们的半定量 RT-PCR 的扩增循环数不是最佳
的指数上升期, 也反映了定量 RT-PCR 分析在基因
表达分析中的优势。
4 结论
番茄的果胶裂解酶基因 (SlPEL)受果实成熟的
调节, 分别出现第一个小高峰和第二个最高峰。AP2
Like (SlAPL)的表达与 SlPEL相似, 但表达启动的时
期晚 2周左右。利用 EST的数据库进行基因数码表
达分析可以作为基因表达研究的基础。

致谢：感谢四川大学生命科学院刘永胜教授馈赠番
茄品种“Aisla craig”的种子。
References
[1] Lu C-G(陆春贵), Xu H-L(徐鹤林), Yang R-C(杨荣昌), Yu
W-G(余文贵). Storage-linked physiological characters of tomato
carrying fruit ripening mutant genes and their implications in
breeding. Jiangsu J Agric Sci (江苏农业学报), 1994, 10(3): 5−l0
(in Chinese with English abstract)
[2] Périn C, Gomez-Jimenez M, Hagen L, Dogimont C, Pech J C,
Latché A, Pitrat M, Lelièvre J M. Molecular, genetic characteri-
zation of a non-climacteric phenotype in melon reveals two loci
conferring altered ethylene response in fruit. Plant Physiol, 2002,
第 6期 肖 东等: 番茄果实成熟相关基因 SlPEL和 SlAPL的表达特性 1143


129: 300−309
[3] Lei D-F(雷东锋), Li J-J(李剑君), Zhang Y(张宴), Bai X-Y(白西
元), Wang C(王晨), Zhao W-M(赵文明). The latest development
about regulation and controlling of fruit ripening gene. Acta Bot
Borea-Occident Sin (西北植物学报), 2002, 20(1): 149−157 (in
Chinese with English abstract)
[4] Hadfield K A, Rose J K C, Yaver D S. Polygalacturonase gene
expression in ripe melon fruit supports a role for polygalacturo-
nase in ripening associated pectin disassembly. Plant Physiol,
1998, 117: 363−373
[5] Wing R A, Yamaguchi J, Larabell S K, Ursin V M, McCormick S.
Molecular and genetic characterization of two pollen-expressed
genes that have sequence similarity to pectate lyases of the plant
pathogen Erwinia. Plant Mol Biol, 1990, 14:17−28
[6] Domingo C, Roberts K, Stacey N J, Connerton I, Ruíz-Teran F,
McCann M C. A pectate lyase from Zinnia elegans is auxin in-
ducible. Plant J, 1998, 13: 17−28
[7] Willats W G T, McCartney L, Mackie W, Knox J P. Pectin: cell
biology and prospects for functional analysis. Plant Mol Biol,
2001, 47: 9–27
[8] Carpita N C, Gibeaut D M. Structural models of primary cell
walls in flowering plants: consistency of molecular structure with
the physical properties of the walls during growth. Plant J, 1993,
3: 1−30
[9] Dominguez-Puigjaner E, Llop I, Vendrell M, Prat S. A cDNA
clone highly expressed in ripe banana fruit shows homology to
pectate lyases. Plant Physiol, 1997, 114: 1071–1076
[10] Medina-Escobar N, Cardenas J, Moyano E, Caballero J L,
Munoz-Blanco J. Cloning, molecular characterization and ex-
pression pattern of a strawberry ripening-specific cDNA with se-
quence homology to pectate lyase from higher plants. Plant Mol
Biol, 1997, 34: 867–877
[11] Nunan K J, Davies C, Robinson S P, Fincher G B. Expression
patterns of cell wall-modifying enzymes during grape berry de-
velopment. Planta, 2001, 214: 257−264
[12] Jimenez-Bermudez S, Redondo-Nevado J, Muooz-Blanco J,
Caballero J L, Lopez-Aranda J M, Valpuesta V, Pliego-Alfaro F,
Quesada M A, Mercado J A. Manipulation of strawberry fruit
softening by antisense expression of a pectate lyase. Plant
Physiol, 2002, 128: 751−759
[13] Fei Z, Tang X, Alba R M, White J A, Ronning C M, Martin G B,
Tanksley S D, Giovannoni J J. Comprehensive EST analysis of
tomato and comparative genomics of fruit ripening. Plant J, 2004,
40: 47−59
[14] Mbéguié-A-Mbéguié D, Hubert O, Baurens F C, Matsumoto T,
Chillet M, Fils-Lycaon B, Sidibé-Bocs S. Expression patterns of
cell wall-modifying genes from banana during fruit ripening and
in relationship with finger drop. J Exp Bot, 2009, 60: 2021−2034
[15] Liu C-D(刘存德). Fruit ripening and gene controlling. Bull Biol
(生物学通报), 1999, 34(1): 4−6 (in Chinese with English ab-
stract)
[16] Ohto M, Floyd S K, Fischer R L, Goldberg R B, Harada J J. Ef-
fects of APETALA2 on embryo, endosperm, and seed coat de-
velopment determine seed size in Arabidopsis. Sex Plant Reprod,
2009, 22: 277−289
[17] McMurchie E J, McGlasson W B, Eaks I L. Treatment of fruit
with propylene gives information about the biogenesis of ethylene.
Nature, 1972, 237: 235−236