全 文 ：作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2010, 36(11): 18831890 http://www.chinacrops.org/zwxb/
ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9 E-mail: xbzw@chinajournal.net.cn

本研究由国家科技支撑计划项目(2007BAD30B03), 广西科技攻关重点项目(桂科攻 0782004-3), 广西科技攻关项目(桂科能 0630006-5F, 桂科
能 0815011)和现代农业产业技术体系建设专项资金(nycytx-024-01-15)资助。
* 通讯作者(Corresponding author): 李杨瑞, E-mail: liyr@gxaas.net
第一作者联系方式: E-mail: wujianming2004@126.com
Received(收稿日期): 2010-01-04; Accepted(接受日期): 2010-06-28.
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2010.01883
赤霉素诱导甘蔗节间伸长基因的 cDNA-SCoT差异表达分析
吴建明 1,2,3,4 李杨瑞 1,2,3,4,* 王爱勤 3,4 杨 柳 1,2,3,4 杨丽涛 3,4
1 广西甘蔗研究所, 广西南宁 530007; 2 广西作物遗传改良生物技术重点开发实验室, 广西南宁 530007; 3广西大学广西亚热带生物资
源保护利用重点实验室, 广西南宁 530004; 4中国农业科学院甘蔗研究中心, 广西南宁 530007
摘 要: 以甘蔗 ROC22为材料, 在伸长初期进行叶面喷施 200 mg L1浓度的赤霉素为处理, 以喷施清水为对照, 在
不同时间取幼茎样品, 用 cDNA-SCoT 进行基因差异表达分析。结果表明, 通过 46 条引物筛选了约 700 个 cDNA 片
段, 获得差异片段 30个。有 18个基因片段受赤霉素上调而 12个基因片段下调; 其中 16个 TDFs序列和 NCBI数据
库中已录入的基因具有较高的相似性, 按照其功能可分为 6类, 即能量与代谢相关基因(占总数的 20.0%)、未知功能
蛋白(占总数的 20.0%)、未知基因(占总数的 46.7%)、信号传导相关基因(占总数的 6.7%)、转录因子相关基因(占总数
的 3.3%)和细胞凋亡基因(3.3%)。这说明利用 SCoT 方法可以进行蔗茎基因差异表达研究, 分离到的一些差异片段可
能是与甘蔗节间伸长相关的基因。
关键词: 赤霉素; 甘蔗; cDNA-SCoT; 差异表达
Differential Expression of Gibberellin-Induced Genes for Stalk Elongation of
Sugarcane Analyzed with cDNA-ScoT
WU Jian-Ming1,2,3,4, LI Yang-Rui1,2,3,4,*, WANG Ai-Qin3,4, YANG Liu1,2,3,4, and YANG Li-Tao3,4
1 Sugarcane Research Institute, Guangxi Academy of Agricultural Sciences, Nanning 530007, China; 2 Guangxi Crop Genetic Improvement and Bio-
technology Laboratory, Nanning 530007, China; 3 Guangxi Key Laboratory of Subtropical Bioresources Conservation and Utilization, Guangxi
University, Nanning 530004, China; 4 Sugarcane Research Center, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Nanning 530007, China
Abstract: The present study was conducted to investigate the molecular mechanisms of gibberellin-induced stalk internodes
elongation in sugarcane. Using sugarcane variety ROC22, the plant leaves were treated with spraying gibberellic acid (GA3) at
200 mg L–1 at early elongation stage, and spraying water as a control. Samples of young stalks were taken and the differentially
expressed genes were analyzed with cDNA-SCoT technique. The results showed that 30 fragments of differentially expressed
genes were obtained by screening 700 cDNA fragments with 46 single primers. The expressions of 18 genes were up-regulated,
and 12 genes down-regulated by GA3 induction, and the sequences of 16 TDFs showed high similarity to the registered genes in
the NCBI database. These genes were divided into six categories by functional analysis, including energy and metabolism-related
genes (accounting for 20.0%), unknown functional proteins (accounting for 20.0%), unknown genes (accounting for 46.7%), sig-
nal transduction-related genes (accounting for 6.7%), transcription factor-related genes (accounting for 3.3%), and cell apoptosis
(accounting for 3.3%). This suggested that the differential expression of genes in the stalks can be analyzed with SCoT technique,
and some fragments may be related to the stalk elongation of surgarcane.
Keywords: Gibberellin; Sugarcane; cDNA-SCoT; Differential expression
植物的生长发育受到具有生物活性的赤霉素
(GAs)的调控。赤霉素及其合成抑制剂在农作物和观
赏植物上有多种用途, 已发挥重要的作用[1]。赤霉素
在甘蔗上的应用研究已有 50多年的历史, 结果均表
明赤霉素促进甘蔗节间伸长从而明显提高产量[2-4]。
虽然在赤霉素生物合成途径、赤霉素调控相关基因
1884 作 物 学 报 第 36卷

表达、赤霉素合成相关基因与植物节间伸长的关系
等方面已取得较大的突破[5-8], 但对这一领域的研究
大都在水稻、拟南芥等模式植物中进行, 其他植物
的相关研究相对甚少。关于赤霉素引起甘蔗节间伸
长的机制研究也未有相关报道。
SCoT 标记是在水稻中提出的一种基于单引物
扩增反应的新型分子标记, 此方法是以植物普遍存
在 ATG 起始密码子侧翼保守区域为基础发展起来
的[9]。进行 SCoT标记分析最重要的是引物设计。引
物的保守序列是来自前人的研究结果[10-11]。引物设
计原则是 ATG 密码子(+1、+2、+3), “G”在+4 的位
置, 而 A、C、C分别在+7、+8、+9的位置, 这些都
是固定不变的, 所有引物长度都是由 18个碱基组成,
GC含量在 50%~72%之间[9]。SCoT标记开发以来已
经在水稻[9]和花生[12]上成功利用。本研究根据 SCoT
技术原理, 对扩增条件、反应体系、模板等进行探
索后, 提取赤霉素处理和对照的甘蔗幼茎RNA并反
转录形成双链 cDNA 混合池, 再用 SCoT 标记进行
基因差异表达分析, 以期获得与甘蔗节间伸长表达
相关的基因片段, 为探讨甘蔗节间伸长的分子机制
提供参考依据。
1 材料与方法
1.1 试验材料
选用甘蔗品种 ROC22, 于 2008年 3月 5日在广
西大学智能温室桶栽种茎。于伸长初期叶面喷施 200
mg L1 GA3, 喷清水作对照, 在处理后 0、6、12、24
和 48 h分别对甘蔗幼茎(顶端分生组织到+1节)取样,
各处理均取 6株, 样品立即保存于80℃冰箱。
赤霉素 GA3 购自上海迪奥生物科技有限公司;
工程菌与载体为 JM-109、PMD18-T 载体和 cDNA-
SCoT 相关试剂购自宝生物公司; 反转录试剂购自
Clontech公司(SMART PCR cDNA Synthesis Kit)。由
上海生工生物工程技术服务公司合成引物及测序。
1.2 总 RNA的提取及双链 cDNA的合成
以异硫氰酸胍—酚法提取 RNA。把各处理 RNA
浓度调到相等。各处理取等量 RNA进行混合, 形成
赤霉素处理和清水处理 2 个样品池。按说明书操作
合成 cDNA 第一链。cDNA 第二链合成的反应体系
含 0.5 µL模板 DNA、20.3 µL ddH2O、2.5 µL buffer、
0.5 µL dNTP、0.5 µL 3 Primer、0.5 µL 5 Primer、0.3
µL Ex Taq、共 25 µL。反应程序为 95℃ 1 min, 95℃
20 s, 68℃ 6 min, 22个循环。取 3 µL PCR产物进行
琼脂糖凝胶电泳分析 , 剩余产物保存于20℃。用
Qiagen的 PCR产物纯化试剂盒(QIAquick PCR Pu-
rification Kit)纯化 cDNA, 按说明书操作。
1.3 cDNA-SCoT扩增及差异片段的回收
反应体系含 13.70 µL ddH2O、2 µL 10×PCR
buffer (含 Mg2+)、0.4 µL 10 mmol L1 dNTPs、2 µL 10
倍稀释(第一链、第二链和第二链纯化产物)、1.6 µL
10 µmol L1单引物、0.3 µL 5 U µL1 Taq Plus DNA
polymerase。扩增条件为 94℃预变性 3 min, 94℃变
性 30 s, 50℃退火 60 s, 72℃延伸 90 s, 35个循环后,
72℃延伸 7 min。取 3 µL选择性扩增产物, 在 1.2%
琼脂糖凝胶上电泳, 用回收试剂盒回收琼脂糖胶上
的差异带, 再用与选择扩增相同的引物组合和 PCR
扩增程序重新扩增, 以 1.0%琼脂糖凝胶进行电泳检
测。
1.4 反向 Northern杂交验证
使用 Roche 公司的 DIG High Prime DNA La-
beling and Detection Starter Kit І, 按试剂盒说明书
操作。
1.5 测序及基因功能分析
选取反向 Northern 杂交结果显阳性的 TDFs 进
行克隆和序列分析, 并在 NCBI 网站上进行 BLAST
比对。根据同源基因推断基因功能。
1.7 定量 PCR检测
采用双标准曲线法进行定量, 以避免目的基因
和内参基因扩增效率的不一致。目的基因和看家基
因的扩增采用 20 µL 反应体系 , 其中含 10×PCR
buffer (含 Mg2+) 2 µL、2 mmol L1 dNTPs 2 µL、10
倍稀释第一链产物 2 µL、上下游选扩引物各 1 µL、
Taq Plus DNA polymerase 0.3 µL、ddH2O 11.70 µL。
PCR程序为 94℃预变性 3 min, 94 ℃变性 30 s, 56 ℃
退火 30 s, 72 ℃延伸 1 min, 33个循环后, 72℃延伸 7
min。扩增产物经 1%琼脂糖凝胶电泳, 用琼脂糖凝
胶回收试剂盒回收目的条带。把目的条带连接到
PMD18-T载体, 转入大肠杆菌 JM109, 阳性克隆送上
海生工生物工程技术服务有限公司测序验证。用
BIO-RAD iCycler iQ荧光定量 PCR仪进行扩增, 用目
的基因和内参基因的重组质粒 DNA依次稀释为 101、
102、103、104、105共 5个梯度, 3次重复, 现时得到目
的基因和内参基因的标准曲线。以标准曲线为标准,
分别用 0、6、12、24和 48 h各时段甘蔗幼茎的 cDNA
为模板进行目的基因和内参基因的定量扩增, 每个样
品设 3次重复。另外, 每批设 ddH2O作为模板的空白
第 11期 吴建明等: 赤霉素诱导甘蔗节间伸长基因的 cDNA-SCoT差异表达分析 1885


对照。反应程序为 92℃预变性 2 min, 94℃变性 30 s,
56℃退火 15 s, 荧光检测 1次, 共 40个循环。从 55℃
至 90 , ℃ 每 1℃ s1为间隔绘制熔解曲线。
2 结果与分析
2.1 RNA提取及双链 cDNA的合成
提取的总RNA经琼脂糖凝胶电泳, 带型完整且
清晰, 说明 RNA 质量较好(图 1)。经测定, RNA 的
OD260/OD280 比值为 1.82~1.89, OD260/OD230 比值为
1.98~2.17, 说明所提取的 RNA质量好, 符合试验要
求。从图 2 中可以看出, 第一链 cDNA 为均匀弥散
状的带, 且均大于 2 000 bp, 说明合成的第一链效
果比较好。由单链 cDNA再合成双链 cDNA的分子
远远大于 2 000 bp, 呈均匀的弥散条带, 表明反转
录效果较好, 所获得的 cDNA可进行下一步实验(图
3)。

图1 甘蔗幼茎总RNA
Fig. 1 Result of total RNA extracted from young stalk of
sugarcane

图2 第一链的合成
Fig. 2 Synthesis of first cDNA strand

2.2 cDNA-SCoT模板的摸索及体系的建立
根据 SCoT 标记, 用提取的甘蔗幼茎 RNA, 进
行第一链和第二链的合成, 分别以第一和第二链为
模板进行扩增。结果表明, 以第一链为模板在琼脂
糖上分辨出的带很少且模糊, 只有少数引物能扩增
出带。而用第二链为模板则能扩增出比较多的带 ,
但效果也不够理想。以第二链纯化产物为模板则能
扩增出 3~15条带, 效果均比第一链和第二链为模板
更佳。本试验设计了 10条引物用于 cDNA-SCoT分
析, 在扩增中均取得较好的效果。

图3 第二链的合成
Fig. 3 Synthesis of second cDNA strand

在扩增反应中, 以第二链纯化产物 10×稀释液
为模板, 扩增 35循环的效果最好。50~1 200 bp之间
均有扩增, 主要集中在 100~900 bp (图 4和图 5)。试
验发现, 循环数过少, 扩增产物浓度偏低且模糊的
弱条带增多; 循环数过多, 会导致扩增产物的浓度
过高和非特异条带增多, 扩增结果可重复性低、差
异带难以分辨, 不利于对差异条带的分析和回收。
2.3 赤霉素诱导甘蔗节间伸长的基因表达
采用 cDNA-SCoT 技术对 GA3处理和对照的甘
蔗幼茎 RNA 混合池的样品进行差异表达分析(图 4
和图 5为部分引物组合的 cDNA-SCoT)。通过 46条
单引物的扩增 , 获得 700 条在 50~1 200 bp之间的
cDNA 片段。在 GA3处理组和对照组甘蔗幼茎中的
转录水平具有很大的差异。46 条单引物的 cDNA-
SCoT扩增共得到 96条差异条带。
2.4 赤霉素调控基因的筛选
经琼脂糖凝胶电泳, 对重复性较好的差异表达
片段进行回收 , 共得到 56 条差异片段。反向
Northern杂交结果分析表明(图 6), 在 56个杂交样品
中, 有 30个差异明显, 而 13个差异不明显, 13个没
有差异。回收的差异带中有 23.2%的假阳性。
2.5 差异片段的克隆、序列分析及相关基因的功
能分析
对杂交呈阳性的 30个 TDFs进行克隆和序列分
析, 得到 30条 50~1 000 bp之间的差异条带。对 30
个 TDFs进行 BLAST分析, 发现有 16个 TDFs序列
和数据库中已登入的基因具有较高的同源性(表 1);
其他 14 个 TDFs 无显著同源的序列信息, 均称其为
未知基因。
1886 作 物 学 报 第 36卷


图 4 cDNA-SCoT的扩增结果
Fig. 4 Amplified result of cDNA-ScoT
M为 marker; 1~11为不同引物; 奇数的模板为对照; 偶数的模板为 GA3处理。
M: marker, 1–11: different primers and the templates numbered with odd and even numbers are the control and treatment with GA3, respectively.

图 5 cDNA-SCoT的扩增结果
Fig. 5 Amplified result of cDNA-SCoT
M为 marker; 24~42为不同引物; 奇数的模板为对照; 偶数的模板为 GA3处理。
M: marker, 24–42: different primers and the templates numbered with odd and even numbers are the control and treatment with GA3, respectively.

图 6 反向 Northern杂交
Fig. 6 Reverse Northern blotting

2.6 cDNA-SCoT 技术所得差异基因片段的功能
类群
经过 BLAST 分析, 按功能可将所获 30 条差异
基因片段 TDFs分为 6类, 分别为能量与代谢相关基
因、未知功能蛋白、未知基因、信号传导相关基因、
转录因子相关基因和细胞凋亡基因(表 2)。

第 11期 吴建明等: 赤霉素诱导甘蔗节间伸长基因的 cDNA-SCoT差异表达分析 1887


表 1 甘蔗幼茎中受 GA3调节的 TDFs功能分析
Table 1 Analysis of TDFs regulated by GA3 in young stalk of sugarcane
TDFs 大小
Size (bp)
同源基因
Homological gene
功能分类
Function category
E值
E-value
TDFs1 435 Hordeum vulgare subsp. vulgare
cDNA clone: FLbaf60d04
2E–117
TDFs2 961 Serine/threonine-protein kinase recep-
tor
主要配体是转化生长因子-βs 家族成员, 这些成员具有类
似结构与功能, 对细胞具有多方面的效应。
The main ligand of transforming growth factor-βs family
members. These members have a similar structure and func-
tion, with a wide range of effects on cells.
0
TDFs3 98 Transmembrane BAX inhibitor motif-
containing protein
细胞凋亡。
Cell apoptosis.
3E–33
TDFs4 52 Ribosomal RNA gene 构成核糖体的组成部分之一。
Constitute an integral part of the ribosome.
1E–93
TDFs5 592 Zinc finger CCCH type
domain-containing protein
植物不同的组织不同的发育阶段具有多种功能。
Variety of functions in different organizations and different
plant development stages.
0
TDFs6 128 Ribosomal RNA gene 构成核糖体的组成部分之一。
Constitute an integral part of the ribosome.
4E–54
TDFs7 369 Sorghum bicolor mitochondrion,
complete genome
线粒体控制的生命活动多种多样, 决定植物的生长发育。
Mitochondria controlled variety of life activities, deciding
plant growth and development.
0
TDFs8 890 Sorghum bicolor cultivar
BTx 623 chloroplast, complete genome
编码与光合作用密切相关的一些蛋白和一些核糖体蛋白。
Coding the protein which are closely related to photosyn-
thesis and some ribosomal protein.
0
TDFs9 223 Sorghum bicolor cultivar
BTx 623 chloroplast, complete
genome
编码与光合作用密切相关的一些蛋白和一些核糖体蛋白。
Coding the protein which are closely related to photosyn-
thesis and some ribosomal protein.
3E–112
TDFs10 164 Hypothetical protein 2E–62
TDFs11 340 Zea mays full-length cDNA clone
ZM_BFc0129I19
mRNA, complete cds
2E–140
TDFs12 170 Hypothetical protein 1E–70
TDFs13 632 S-adenosylmethionine synthetase 参与了 40 多种生化反应主要有植物的转甲基、转氨丙基
和转硫反应等多种重要的生理过程。
Biochemical reactions involved in more than 40 kinds of
main plant transfer methyl, propyl and the transfer of sulfur
transfer reaction of ammonia and other important physio-
logical processes.
0
TDFs14 786 Zea mays full-length cDNA clone
ZM_BFc0091N05
mRNA, complete cds
0
TDFs15 367 Zea mays SHL1 (LOC10028
5536), mRNA
4E–137
TDFs16 252 GID1-like gibberellin receptor 赤霉素与其受体 GID1 的结合, 导致 DELLA 家族的转录
调控因子的识别, 这些调控因子抑制赤霉素信号作用。
GA binding to its receptor GID1, led to DELLA family identi-
fication of transcription factors, the role of regulatory factors
inhibit the gibberellin signal.
3E–122

2.7 双标准曲线法对 GID1基因的相对定量检测
用 RT-PCR 扩增目的基因 GID1 和内标基因
GAPDH, 经琼脂糖电泳检测在超过 100 bp处获得与
预期大小相符的带(图 8和图 9)。以目的基因和内参
基因的重组质粒为模板进行扩增也获得了相同的结
果。经测序和 BLAST比对, 目的基因和内参基因均
与原始序列同源性达到 100%。用 BIO-RAD iCycler
Iq定量 PCR仪分析软件, 根据标准曲线回归方程对
Ct值换算得起始浓度, 据公式目的基因浓度/内参基
因浓度比值比较, 得到赤霉素处理后 0、6、12、24
和 48 h的甘蔗幼茎 GID1基因表达量的变化(图 10)。
图 10显示, 未经处理(0 h)的表达量最低, 赤霉素处
理后表达量逐渐提高, 在 6 h达到最大值, 虽然 12 h
后逐渐下降, 但到 48 h 又明显上升, 且所有处理的
表达量均显著高于对照(0 h)的, 说明赤霉素受体基
因 GID1 对节间伸长具有正调控作用。可能赤霉素
与其受体 GID1的结合, 导致 DELLA家族的转录调
控因子的识别, 这些调控因子抑制赤霉素信号作用,
进而促进甘蔗节间伸长。GID1在赤霉素处理 6 h的
表达丰度很高, 后又下降, 到 48 h 又呈增加趋势。
1888 作 物 学 报 第 36卷

表 2 差异基因片段的功能分类
Table 2 Functional distribution of the differential transcriptomes
基因类型
Gene type
数量/片段
Quantity/fragment
比例
Proportion (%)
能量与代谢相关基因 Energy and metabolism related genes 6 20.0
未知功能蛋白 Unknown functional proteins 6 20.0
未知基因 Unknown genes 14 46.7
信号传导相关基因 Signal transduction-related genes 2 6.6
转录因子相关基因 Transcription factor-related genes 1 3.3
细胞凋亡基因 Cell apoptosis genes 1 3.3


图8 GID1和GAPHD基因RT-PCR扩增结果
Fig. 8 RT-PCR amplification of GID1 and GAPHD genes

图9 GID1和GAPHD基因重组质粒扩增结果
Fig. 9 PCR amplification of recombinant plasmid DNA

这可能是由于前期甘蔗吸收外源赤霉素或体内合成
赤霉素速度较快, 使体内赤霉素含量增加。在较高
浓度赤霉素条件下, 赤霉素的受体 GID1 在核内与
DELLA蛋白的结合能力得到提高, 导致蛋白泛素化
降解加快, DELLA 蛋白被快速降解, 而下游本来受
到 DELLA 蛋白抑制的基因被激活; 然后当赤霉素
经过快速吸收后达到了体内赤霉素饱和平衡状态 ,
使得 GA的受体 GID1在核内与 DELLA蛋白的结合
能力提高也达到相对平衡, 从而表现为表达量从快
速到逐渐缓慢的过程; 但当赤霉素积累到较高水平
后, 受体 GID1在核内与 DELLA蛋白的结合能力也
随着呈缓慢增加趋势。

图 10 GA3处理下不同时间段 GID1基因的相对表达差异
Fig. 10 Relative expression differences of GID1 gene at dif-
ferent hours after GA3 treatment
不同小写字母表示同一物种不同处理差异显著(P<0.05); 不同大
写字母表示差异极显著(P<0.01)。
The different small letters marked among different treatments for
each species indicate the significant difference(P<0.05), and the
different capital letters marked among different treatments for each
species indicate the highly significant difference(P<0.01)．
3 讨论
3.1 cDNA-SCoT差异表达分析方法的有效性
本试验将 ScoT 分子标记应用于差异表达分析,
对不同模板、引物、体系及扩增条件等进行摸索, 结
果表明, 用第二链纯化产物为模板的扩增效果最好,
扩增带主要集中在 100～900 bp之间。cDNA-SCoT
技术具有操作简单、重复性好、假阳性低、回收差
异片段成功率高等特点。说明 cDNA-SCoT 技术完
全适用于差异表达分析, 且是其他差异表达分析技
术的有效补充 , 可望得到更全面丰富的差异片段 ,
从而在植物基因差异表达、新基因发现、抗逆性分
子机理研究等方面发挥更大的作用。
3.2 差异表达基因与节间伸长的可能相关
甘蔗经赤霉素处理后, 经一系列信号传递过程,
最后诱导特定功能基因的表达, 在生理生化上做出
调节反应。本试验利用 cDNA-ScoT技术从甘蔗中分
离到一些涉及能量与代谢、信号传导、转录因子和
激素响应等基因片段, 它们有可能在赤霉素诱导甘
第 11期 吴建明等: 赤霉素诱导甘蔗节间伸长基因的 cDNA-SCoT差异表达分析 1889


蔗节间伸长中起重要或决定性的作用。
本试验分离到 1 个受体类丝/苏氨酸蛋白激酶
(TDFs2), 位于细胞膜上的受体蛋白激酶能够感受
外界信号, 在细胞信号转导过程中起重要作用参与
胞内信号传导。许多研究也表明受体类蛋白激酶在
器官形状调节、分生组织活性及植物防御系统等中
起重要的调控作用[13-17]。Hong 等[18]研究表明 ABA
能诱导受体蛋白激酶基因的表达。赤霉素可能通过
影响甘蔗体内的 ABA 含量进而诱导该基因的表达,
对甘蔗节间伸长生长起重要的调控作用, 这也验证
了我们已报道的生理研究结果[19]。
锌指蛋白是一类生物体中广泛存在的具有典型
锌指结构特征的超蛋白家族, 几乎参与了生物体生
长发育各个阶段的生命活动[20]。刘梅芳等[21]研究表
明CCCH型锌指蛋白可能是一类RNA结合蛋白, 参
与RNA的加工过程, 推测它们在植物不同的组织和
不同的发育阶段具有多种功能。本试验还分离到 1
个 CCCH 型锌指蛋白(TDs5), 说明赤霉素处理后可
能通过调节该基因表达, 在调控甘蔗节间伸长中起
较重要作用。
本研究分离到 1个 S-腺苷甲硫氨酸合成酶
(SAMS)(TDFs13), 它是植物体内物质代谢中一个重
要的酶, 它催化Met和 ATP形成 SAM, SAM是生物
合成乙烯以及多胺的前体[22]。SAMS 是生物体内重
要的中间代谢物质, 受发育时期或者一些环境因子
所调节, 主要参与植物转甲基、转氨丙基和转硫反
应等多种重要的生理过程[23]; 赤霉素可能通过影响
乙烯合成前体的相关酶来调节乙烯合成进而影响甘
蔗节间伸长, 这与吴建明等[19]已报道的生理研究结
果基本相符。
赤霉素受体 GID1能特异地结合活性 GA, 并进
一步与 GA 负调控因子 DELLA 蛋白结合形成复合
体, 导致 DELLA家族的转录调控因子的识别, 这些
调控因子抑制赤霉素信号作用。Murase等[24]确定了
与GID1和来自拟南芥的一个DELLA蛋白碎片相结
合的赤霉素的一种三元复合物的结构, 证明赤霉素
是通过加速 DELLA 蛋白的转录水平来调控植物的
生长发育的。Ueguchi-Tanaka等[25-26]研究表明, 只有
在 GA3存在的条件下, GID1可以与 SLR1在酵母体
内互作, 说明 GID1 可以把信号直接传递给 SLR1,
导致 SLR1蛋白的降解, 如果将 GID1过量表达, 转
基因植株就像外施 GA 一样, 出现株高增加、叶色
变浅等性状, 对 GA 极度敏感。本研究对分离得到
的 GID1(TDFs16)基因进行定量 PCR 分析的结果表
明, 未经赤霉素处理(0 h)的表达量最低, 赤霉素处
理后表达量逐渐提高, 在 6 h达到最大值, 虽然 12 h
后逐渐下降, 但到 48 h 又明显上升, 且所有处理的
表达量均显著高于对照(0 h)。这说明 GID1 基因的
表达与甘蔗节间伸长呈正相关, 与 Ueguchi-Tanaka
等的研究结果基本相似。本研究还得到了 2 个核糖
体 RNA 基因 (TDFs4、TDFs6), 1 个线粒体基因
(TDFs7), 2个叶绿体基因(TDFs8、TDFs9)。可能在
赤霉素诱导下, 除转录调节发生明显的改变外, 甘
蔗体内蛋白质翻译水平上也发生变化。转录和翻译
的共同调节作用, 进一步引发甘蔗在生化代谢、生
理过程和植株形态对赤霉素诱导产生应答。本研究
分离到的一些基因可能对甘蔗节间伸长具有直接或
间接的作用, 其具体功能还有待进一步研究。
4 结论
应用 ScoT分子标记分离到 30个差异表达基因
片段, 这些基因涉及范围广, 主要有能量与代谢、信
号传导和激素响应等。对其中的赤霉素受体 GID1
基因表达分析, 初步获得了在赤霉素诱导下的表达
信息。这些差异表达基因为了解赤霉素促进甘蔗节
间伸长的调控机制提供了重要的分子信息。
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