全 文 ：作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2010, 36(12): 2084−2090 http://www.chinacrops.org/zwxb/
ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9 E-mail: xbzw@chinajournal.net.cn

本研究由国家重大基础研究计划项目(973计划) (2007CB108805)和教育部高等学校学科创新引智计划项目(111计划)(B08025)资助。
*
通讯作者(Corresponding author): 郭旺珍, E-mail: moelab@njau.edu.cn
Received(收稿日期): 2010-05-24; Accepted(接受日期): 2010-08-02.
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2010.02084
棉花 4个脂肪酸合成相关基因的克隆和表达特征分析
董 佳 魏利斌 胡 艳 张天真 郭旺珍*
南京农业大学 / 作物遗传与种质创新国家重点实验室, 江苏南京 210095
摘 要: 脂肪酸合成相关代谢在控制油的合成和抗非生物胁迫中均起着重要作用, 其脂肪酸合成相关基因的时空表
达水平直接影响油的含量和脂肪酸合成相关酶的活性。本研究克隆了 4 个脂肪酸合成相关基因, 分别命名为 GhKASII、
GhKASIII、GhFAD和 GhGPAT, 其中 GhKASIII、GhFAD和 GhGPAT基因 cDNA全长通过电子克隆和同源克隆得到。
而 GhKASII 通过筛库和 5′RACE 途径得到。组织表达分析表明, 上述 4 个基因在根、茎、叶及纤维发育不同时期均
有表达, 属于组成性表达基因。其中 GhKASII、GhKASIII在 25 DPA种子中表达量最高, GhGPAT在 0 DPA胚珠和 15
DPA纤维中表达量很高, GhFAD在 0 DPA胚珠, 15 DPA种子, 20 DPA纤维中表达量均很高。不同非生物胁迫的诱导
表达分析表明, 上述 4个基因均不同程度被茉莉酸甲酯, ABA, 创伤和冷害等逆境诱导表达。
关键词: 脂肪酸合成; 克隆; 表达; 非生物胁迫; 陆地棉
Molecular Cloning and Expression Analysis of Four Novel Fatty Acid Synthesis
Related Genes in Gossypium hirsutum L.
DONG Jia, WEI Li-Bin, HU Yan, ZHANG Tian-Zhen, and GUO Wang-Zhen*
National Key Laboratory of Crop Genetics & Germplasm Enhancement / Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095, China
Abstract: Metabolism related to fatty acid synthesis plays an important role both in regulating oil biosynthesis and in plant abiotic
stress tolerance. The spatial and temporal expression level of genes related to fatty acid synthesis influences the oil content and
enzymes activity for fatty acid synthesis. In this study, four novel genes related to fatty acid synthesis, designated GhKASII,
GhKASIII, GhFAD, and GhGPAT, were first isolated from upland cotton, respectively. The cDNA full-length of GhKASIII, GhFAD
and GhGPAT were obtained by combining homologic cloning and in sillico cloning, while GhKASII was obtained by screening
cDNA library and 5′RACE technique. The expression pattern analysis of different tissues and organs revealed that the transcripts
of these genes were widely distributed in all the tested tissues and organs. GhKASII and GhKASIII showed the highest expression
level in seeds at 25 DPA (days post anthesis), however, GhGPAT in 0 DPA ovules and 15DPA fiber tissues and GhFAD in 0 DPA
ovules, 15 DPA seeds and 20 DPA fibers, respectively. Further, the analysis of expression induced by abiotic treatments indicated
that the genes were differentially regulated under wounding, methyl jasmonate (MeJA), cold and ABA (abscisic acid) treatments.
The study will pave a way to develop further research in oil improvement of cotton seed and resistance to abiotic stress in cotton.
Keywords: Fatty acid synthesis; Cloning; Expression; Abiotic stress; Upland cotton
棉花不仅是重要的纤维作物, 而且是重要的油
料作物。棉籽是商品棉的主要副产物, 其种子含油量
约 23%~26%。目前全世界棉籽油年产量约 4 000万吨,
与菜籽油、大豆油相比, 棉籽油具有明显的质量和
价格优势, 广泛用于食品和工业生产。在棉花的生
长发育过程中, 经常不同程度地受到干旱、冷、 盐
等非生物胁迫的影响。植物自身具有独特而有效的
防御系统, 其中脂肪酸有重要的生理功能, 可通过
不同代谢途径形成结构各异、功能相关的一组化合
物 , 作为信号分子 , 控制防御相关基因的转录 , 调
节相关蛋白质的表达 , 从而提高植物的免疫能力 ,
增强植物对伤、病、冻害等的抗性[1-3]。因此, 研究
脂肪酸合成相关代谢基因及其表达特征, 利用脂肪
酸代谢基因工程技术定向改善棉花油组分和品质 ,
增强机体的抗寒、抗病等抗逆能力, 将大大提高棉
花的综合利用能力。
脂肪酸合成途径主要是在质体中进行的, 只有
少部分是在线粒体中完成[4]。乙酰-辅酶 A (acetyl-
第 12期 董 佳等: 棉花 4个脂肪酸合成相关基因的克隆和表达特征分析 2085


CoA)是其合成的前体物 , 当其被乙酰-辅酶羧化酶
(acetyl-coA carboxylase)催化生成丙二酰 -辅酶 A
(malonyl-CoA)后 , 将与酰基载体蛋白 (acyl carrier
protein, ACP)结合, 然后由 β-酮脂酰-ACP合成酶 III
(KAS III)将丙二酰-ACP 和乙酰-辅酶 A 缩合催化,
生成 3-丁酮酰-ACP, 并最后形成丁酰-ACP。这样酰
基链就由原来的 2 个碳延长到 4 个碳, 完成了脂肪
酸合成的第一次循环。之后从 4碳至 16碳脂酰-ACP
的缩合均由 β-酮脂酰-ACP合成酶 I (KASI)催化, 以
每次循环增加 2个碳的频率来合成酰基碳链, 通过 7
次循环即合成了棕榈酰-ACP(16:0-ACP)。16碳酸延
长至 18 碳酸的缩合由 β-酮脂酰-ACP 合成酶 II
(KASII)催化。另外, 在基质内, 18:0-ACP 还可以在
硬脂酰-ACP脱饱和酶(stearoyl-ACP desaturase, SAD)
催化下被进一步转化成 18:1-ACP。在甘油-3-磷酸酰
基转移酶(GPAT)作用下 18:0-ACP 生成溶血性磷脂
酸[5]。在上述代谢过程中, 相关油脂合成关键酶的基
因表达水平对合成脂肪酸的类型及数量起重要作用。
鉴定和分离参与植物脂肪酸代谢途径的基因是
进行脂肪酸基因工程操纵的前提和条件。随着拟南
芥和水稻等模式植物全基因组测序的完成, 为其他
作物相关基因克隆提供了重要的序列参考信息。本
文首次从棉花中克隆了 4 个控制脂肪酸合成代谢相
关的基因, 分析了它们的序列特征、组织特异性表
达及在非生物胁迫诱导下表达的特点, 以期为遗传
改良棉籽油品质和棉花抗逆性等育种目标奠定理论
基础。
1 材料与方法
1.1 试验材料及其处理
1.1.1 植物材料 选用陆地棉遗传标准系 TM-1,
2008—2009年种植于南京农业大学网室。在盛花期,
采集开花后 0和 5 DPA (days post anthesis)的胚珠和
纤维混合物, 10、15和 20 DPA的纤维, 10、15、20、
25、30、35 和 40 DPA 的种子。迅速置液氮中, 在
–70℃冰箱保存。根、茎和叶取自有 5~6片真叶的棉
花幼苗。
1.1.2 胁迫处理 光照培养箱温度 25 /16℃ ℃ (16
h/8 h), 将 3~4真叶期的棉花幼苗进行创伤、茉莉酸
甲酯(100 mmol L−1 MeJA)、脱落酸(100 mmol L−1
ABA)、低温(4 )℃ 胁迫处理。创伤处理是用洁净的钢
针在棉花真叶上均匀扎孔; ABA处理是用 100 μmol
L−1 ABA 溶液喷施棉花植株正反叶片; 茉莉酸甲酯
处理是用 100 μmol L−1 MeJA溶液喷棉花植株正反叶
片; 低温处理是将棉花幼苗置 4℃培养箱; 以未任何
处理和仅水处理的棉花幼苗作为对照。分别在处理
后 0、1、2、4、8、12和 24 h进行叶片取样, 速置
液氮于–70℃保存备用。
1.2 目的基因片段的获得与序列验证
在确定脂肪酸代谢途径中关键酶的基础上, 搜
索获得拟南芥和水稻等植物中该类关键酶基因的序
列, 根据这些已知基因的保守序列利用 Primer Pre-
mier 5 软件设计简并引物进行扩增棉花相关组织
cDNA, 获得 3条(KASII、KASIII、ω-3FAD)关键酶基
因的部分序列 , 将该序列作为查询探针 (Query
probe), 对陆地棉的 dbEST 数据库(http://www.ncbi.
nlm.nih.gov/, 2009)进行 tblastn比对。将获得的 EST
序列用 CAP3 拼接后形成 Contig, 然后以 Contig 为
探针, 再次采用 blastn 方式进行检索, 直至检出的
Contig不能再延伸。然后经过 ORF预测、Blastp和
多重序列比较将其分类命名。同时根据本实验室整
理的棉花纤维发育 cDNA文库中的测序结果(内部交
流), 选取 1个可能与脂肪酸代谢相关的 cDNA克隆
进行研究, 并测序获得 5′不完整的 1 条序列(GPAT),
进一步通过文库搜索, 电子拼接获得其全长 cDNA
序列。对于全长 ORF 不完整的基因, 利用 5′RACE
方法进行 5′端延伸分析。RACE 分析参照 GIBCO
BRL公司 5′RACE System for Rapid Amplification of
cDNA Ends, version2.0说明书。根据目标序列生物
信息学分析结果, 分别设计全长 ORF 引物和 qPCR
引物(表 1)进行目标基因全长 ORF 验证和表达特征
分析。由南京金斯瑞生物科技有限公司完成所有引
物合成和 DNA 序列测定。
1.3 序列的生物信息学分析
利用 NCBI中 BLAST程序在蛋白数据库中进行
相似性搜索, 获得测序片段的相关功能信息; 利用
DNAstar (version 5.01)软件完成 ORF、等电点和分子
量预测; ClustalX (Ver. 1.81)软件进行多重序列比对
和进化树分析。
1.4 总 RNA的提取
采用改进的热硼酸法提取[6] 10、15、20、25、
30、35 和 40 DPA 的种子和 20 DPA 的纤维, 采用
CTAB-酸酚法[7]提取 0、5、10 和 15 DPA 胚珠和纤
维以及根、茎和叶的总 RNA。
1.5 实时荧光定量 RT-PCR反应
PCR 在 iCycler iQ5 荧光定量 PCR 仪(Bio-Rad,

2086 作 物 学 报 第 36卷

表 1 用于 4个基因克隆和表达分析的所有引物
Table 1 All primers designed for cloning and expression analysis of the four genes
引物名称
Primer name
用途
Purpose
引物序列(5′–3′)
Sequences information (5′–3′)
F:AGACCACCAAGTACTACTGCAC
EF1α 内参引物
Internal primers R:CCACCAATCTTGTACACATCC
AP GGCCACGCGTCGACTAGTACGGGIIGGGIIGGGIIG
AUAP
5′ RACE 通用引物
5′ RACE universal primers GGCCACGCGTCGACTAGTAC
T7 T-easy vector primer F:TAATACGACTCACTATAGGG
SP6 T-easy vector primer R:ATTTAGGTGACACTATAGAA
F:GCAAACCACATHATHAGAGGCGAAG 简并引物
Degenerate primers R:GCRYGAGGCTCRGTCATRTGGTAAGC
F:GGCTTGTATGTCGGTAACG 扩增电子克隆序列中端
Interval primers R:CAACCCGTTCGTATTGCCTGT
F:AACAGTACAGGCAATACGAACTGGT 扩增电子克隆序列 3′端
3′ terminal primers R:GAGCCCCTCAAACGACTAAACC
GSP1:AACTCCGCATTCCGTTTTATCTAAC
GSP2:ATCCTTGTCGGAAACTGAG 5′ RACE分析
Primers for 5′RACE
GSP3:TTCTTCGTTGTAATCTCTCTTG
F:CACAAGTGAAGCCTCCACCAAG 全长 ORF引物
Primers for the full-length ORF amplification R:CTCCGATACAGCGATTATACCCA
F:GCAACGATACAGGCAATACGA
GhKASII
qPCR引物
qPCR primers R:AATGTCAGAAAACGCTGGGAGA
F:TGAATGGGAAGGAGGTCTTTCGCTT 简并引物
Degenerate primers R:GCTTCRTCBARTGCCAANGGRAT
F:TTTACTTTCTTCTTCGGTCCCT 扩增电子克隆序列 5端
5′ terminal primers R:TCTTCCACCCTCACCATCAC
F:GCGGATTTGTGCTGGGTCTG 扩增电子克隆序列 3端
3′ terminal primers R:ACGAATGAATCAAGGAGGTAAAAGG
F:AGTGCCAAGGGGATAGATGC 全长 ORF引物
Primers for the full-length ORF amplification R:GCTTTGCTGTGCGATGTGTA
F:AGTGCCAAGGGGATAGATGC
GhKASIII
qPCR引物
qPCR primers R:GCTTTGCTGTGCGATGTGTA
F: ATGTTyTGGGCTmTbTTTGTTCT 简并引物
Degenerate primers R:CTCCATTCCTbbCCwCkrTACCA
F:AGCATCCTTCTATCTCACCCCTT 扩增电子克隆序列 5端
5′ terminal primers R:CCAGCGGCGTGTCTATCGTA
F:GTCTTCAATGGCGGGTTTCGT 扩增电子克隆序列中端
Internal primers R:TTTTTGAGTTCTGGGTCAGTTTGGT
F:TTACTACCAAACTGACCCAGAACTC 电子克隆序列 3端
3′ terminal primers R:TTGACAAAACTATTACGTCGGCAC
F:TGGTGAGGGATGTCGCTGTG 全长 ORF引物
Primers for the full-length ORF amplification R:CATTGTTGTGGGGCTGAACTATT
F:TGGTGAGGGATGTCGCTGTG
GhFAD
qPCR引物
qPCR primers R:TTTTGATGATGAGTCCTGTGGCTA
F:CACTGCTACAAAGAGAAAACCAA 电子克隆
in sillico cloning R:CCAAACTCCTTCAAAATGGCTAATCT
F:CGGGGTTTTGGTAGGGAAGT 全长 ORF引物
Primers for the full-length ORF amplification R:TACGATACGCTCGGGTAAAGG
F:GGGTTTTGGTAGGGAAGTTTA
GhGPAT
qPCR引物
qPCR primers R:GGTTAGCAAGGCATTGAGTG
AP: adapter primer; AUAP: abridged universal amplification primer; F: forward primer R: reverse primer.
第 12期 董 佳等: 棉花 4个脂肪酸合成相关基因的克隆和表达特征分析 2087


USA)上进行, 棉花内参基因 EF1α 作为平行反应被
扩增。将提取的棉花不同组织和不同材料的 RNA,
经 DNaseI 消化 DNA 后, 反转录成 cDNA, 稀释 10
倍取 1 μL用于实时荧光定量 PCR分析。采用 SYBR
Green I染料法, 每个样品重复 3次。各组分的体积
和浓度是：稀释后的 cDNA 1 μL、10×PCR buffer 2.5
μL、10 mmol L−1 dNTP 0.4 μL、10 mmol L−1 Primer F
1 μL、10 mmol L−1 Primer R 1 μL、5 U μL−1 Taq po-
lymerase 0.2 μL和 1 10 000 SGI 1 ∶ μL, 加 ddH2O至
25 μL。PCR程序为 95℃预变性 3 min; 94℃变性 10 s,
56℃退火 20 s, 72℃延伸 40 s, 80 1 s℃ 收集荧光, 读
板(Plate read)的程序进行 40个循环, 之后 72℃延伸
10 min。最后从 65℃开始, 以每步 0.5℃的速度升温
至 95 , ℃ 每个温度保持 1 s, 来绘制熔点曲线。基因
相对表达量计算公式[8]如下:
目的基因相对表达量=2–ΔCT; 其中 ΔCT= Ct 目的基
因–CtEF1α
目的基因的诱导表达量=2–ΔΔCT; 其中 ΔΔCT=
(Ct 目的基因–CtEF1α)指定时间的处理–(Ct 目的基因–CtEF1α)0h 的处理
2 结果与分析
2.1 4 个脂肪酸合成相关基因 (GhKASII、
GhKASIII、GhFAD 和 GhGPAT)的克隆和生物信
息学分析
通过分析脂肪酸代谢途径中涉及的关键酶, 从
拟南芥和水稻等植物的基因组信息中选择编码 β-酮
脂酰-ACP合成酶 II, β-酮脂酰-ACP 合成酶 III和ω-3
脂肪酸脱饱和酶的基因信息, 根据这些已知基因的
保守序列设计简并引物分别扩增棉花的叶片、萌发
露白的种子、不同发育时期混合的纤维以及混合的
种子 cDNA, 从棉花中获得 3 条该类关键酶基因的
部分序列。另外, 从我室测序的棉花纤维发育 cDNA
序列中, 功能比对发现一个编码甘油-3-磷酸酰基转
移酶(GPAT)的 cDNA序列。
以上述序列信息作为靶序列, 搜索 NCBI 棉花
EST 数据库中与此同源的目标序列 , 通过电子拼
接克隆, 进一步经 RACE 分析, 全长 ORF 扩增和
测序验证, 获得 4 个与棉花脂肪酸合成相关的全长
cDNA 序列。其中来自棉花的序列 1 与已报道的大
豆 (Glycine max)、油菜 (Brassica napus)、向日葵
(Helianthus annuus)的 β-酮脂酰 -ACP 合成酶 II
(KASII)分别有 93%、91%和 88%的同源性。序列 2
与已报道的蓖麻 (Ricinus communis)、紫苏 (Perilla
frutescens)和拟南芥(Arabidopsis thaliana)的 β-酮脂
酰-ACP合成酶 III(KASIII)分别有 89%、88%和 85%
的同源性。序列 3 与已报道的烟草(Nicotiana ta-
bacum) 、 向 日 葵 (Helianthus annuus) 和 拟 南 芥
(Arabidopsis thaliana)的 ω-3 脂肪酸脱饱和酶(ω-3
FAD)分别有 84%、82%和 78%的同源性。序列 4与
已报道的拟南芥(Arabidopsis thaliana)和水稻(Oryza
sativa)的甘油-3-磷酸酰基转移酶(GPAT)分别有 91%
和 78%的同源性。参考上述相关基因的命名方式, 分
别将从棉花中克隆的 4 个基因命名为 GhKASII、
GhKASIII、GhFAD和 GhGPAT。其 GenBank登录号、
ORF 信息、氨基酸数目、等电点和分子量等生物学
信息见表 2。
2.2 4个脂肪酸合成相关基因的组织表达分析
通过定量 RT-PCR 的方法研究了 GhKASII、
GhKASIII、GhFAD和 GhGPAT基因在棉花不同组织
中的表达情况。分别以陆地棉遗传标准系 TM-1 的
根、茎、叶、胚珠和纤维混合物(0 DPA和 5 DPA)、
纤维(10、15和 20 DPA)和种子(10、15、20、25、30、
35和 40 DPA)的总RNA作为模板, 以持家基因EF1α
为内参, 进行不同组织器官不同发育期相对表达水
平比较。图 1表明, 在正常生长条件下, 这 4个基因
在叶片中比根和茎中的表达量高一些。GhKASII 和

表 2 已克隆 4个新基因的相关生物信息学分析
Table 2 Characterization of bioinformatics for the four novel cloned genes
推测的氨基酸 Deduced amino acid
基因名称
Gene name
GenBank 登录号
GenBank accession
No.
编码产物
Product
ORF 长度
ORF length
(bp)
长度(aa)
Length (aa)
分子量
Molecular weight (kD)
等电点
pI

GhKASII HM236492 β-酮脂酰-ACP合成酶 II
β-ketoacyl-ACP synthase II
1731 576 61.8 8.257
GhKASIII HM236493 β-酮脂酰-ACP合成酶 III
β-ketoacyl-ACP synthase III
1206 401 42.35 5.977
GhFAD HM236494 ω-3脂肪酸脱饱和酶
ω-3 fatty acid desaturase
1341 446 50.82 8.558
GhGPAT HM236495 甘油-3-磷酸酰基转移酶
Glycerol-3-phosphate acyltransferase
1503 500 74.83 7.294

2088 作 物 学 报 第 36卷



图 1 4个脂肪酸合成代谢新基因在 TM-1不同组织、器官中的表达分析
Fig. 1 Expression pattern of four novel genes related to fatty acids synthesis metabolism in TM-1

GhKASIII 在 25 DPA 种子中表达量很高, 暗示这些
基因的表达参与棉花种子中脂肪酸的合成。GhFAD
基因在 0 DPA胚珠、15 DPA种子、20 DPA纤维组
织中表达量均很高 , 暗示该基因表达对纤维的启
动、伸长及种子油分储存均起着重要作用。GhGPAT
在 0 DPA胚珠和 15 DPA纤维中表达量很高, 在种子
中表达量很低, 推测该基因可能参与纤维的起始和
伸长发育。
2.3 4 个脂肪酸合成相关基因的非生物胁迫诱导
表达分析
为了检测 4 个陆地棉脂肪酸代谢相关基因与非
生物胁迫的相关性, 对陆地棉 TM-1 三叶期幼苗进
行了多种非生物胁迫的处理, 包括创伤、茉莉酸甲酯
(100 mmol L−1 MeJA)、脱落酸(100 mmol L−1 ABA)、低
温(4 )℃ 胁迫处理。分别提取处理 0、1、2、4、8、
12和 24 h的叶片总 RNA为模板, 进行定量 RT-PCR
分析。图 2表明, 相对于对照, GhKASII受 ABA, 冷
害 , 创伤胁迫处理后下调表达 , 而在茉莉酸甲酯
(100 mmol L−1 MeJA) 处理后, 在 4 h内下调表达, 8
h后上调表达, 12 h后又下调表达; GhKASIII明显因
这 4个处理诱导上调表达; GhGPAT经 ABA处理 8 h
后明显上调表达, 但在其他处理时间点诱导不明显。
同时, 该基因也不被其他 3 个处理诱导表达; GhFAD
不被茉莉酸甲酯诱导表达, 但被创伤、脱落酸(100
mmol L−1 ABA)、低温(4 )℃ 胁迫诱导上调表达。上述
结果表明脂肪酸代谢相关基因可能在棉花非生物胁
迫调控中起重要的作用。
3 讨论
根据序列同源性, 通过设计简并引物, 进一步
利用电子克隆并结合 RACE 法, 从棉花中克隆了 4
个与脂肪酸合成代谢相关基因。序列结构分析表明,
这 4 个基因的氨基酸序列均与拟南芥中的相应序列
有 75%以上的同源性, 且未比对到相关的棉花基因
信息, 表明上述基因是首次在棉花中被克隆。为进
一步开展棉花种子油脂改良和非生物胁迫抗性研究
提供了重要的基因资源。
不同组织器官实时荧光 PCR相对定量分析表明,
新克隆的 4 个基因在叶片中比根和茎中的表达量高
一些。在胚珠、纤维和种子中的定量表达结果暗示:
GhKASII 和 GhKASIII 参与种子中脂肪酸合成代谢,
GhFAD基因对纤维的启动、伸长及种子油分储存均
有重要作用, 而 GhGPAT 可能参与纤维的起始和伸
长发育。说明脂肪酸合成相关基因在油分合成和纤
维发育中均发挥重要作用。Hwang 等[9-10]克隆并分
析了紫苏 KAS II和 KAS III基因, 指出它们具有相似
的表达模式, 均在开花后种子形成的早期(第 2 周)
表达量最高, 而后表达量逐渐降低直至不表达, 说
明紫苏种子在早期的形成过程中脂肪酸合成基因就
开始大量表达。研究还发现基因的表达量与种子中
脂肪酸的积累量不一致, 种子中的脂肪酸是在开花
3 周后开始大量积累, 表明早期基因表达所产生的
第 12期 董 佳等: 棉花 4个脂肪酸合成相关基因的克隆和表达特征分析 2089




图 2 以实时荧光定量 RT-PCR分析 4个脂肪合成代谢相关基因在各种非生物胁迫下相对表达量
Fig. 2 Relative expression of four novel genes related to fatty acid synthesis metabolism under various stresses monitored by
real-time quantitative RT-PCR
对陆地棉 TM-1三片真叶时期的幼苗进行 4种处理：将棉花放在 4℃光照培养箱中; 对其棉花幼苗喷洒 100 mmol L−1 ABA; 对其棉花
幼苗喷洒 100 mmol L−1 MeJA; 用钢针均匀扎真叶叶片。对照为在真叶上喷水。对于每一个待测样品, 根据 Ct值分别计算出其相对表
达量, 目的基因的相对表达量=2−ΔΔCT; 这里 ΔΔCT = (Ct 目的基因–CtEF1a)指定时间的处理–(Ct 目的基因–CtEF1a)0 h 的处理。
The TM-1 seedlings at third leaf stage were treated by various stresses. Cotton seedlings were collected at the indicated times. 0 h means just
before the treatment. For cold treatment, cotton was grown in a growth chamber at 4 for different periods of the day/night cycle. For Me℃ JA
and ABA treatments, cotton was sprayed with 100 mmol L−1 MeJA and 100 mmol L−1 ABA respectively. For wounding treatment, cotton was
wounded by needles. For the control sample, cotton seedlings sprayed with H2O were collected during the same time course. The relative
expression was calculated as recommended by the manufacturer and corresponds to 2−ΔΔCT, where ΔΔCT = (Cttarget gene–CtEF1a)the indicated time
treatment– (Cttarget gene–CtEF1a)0 h treatment.

蛋白在后期的种子形成过程中一直保持活性。
Pidkowich等[11]通过 RNAi技术证明KASII是拟南芥
胚胎正常发育所必需的酶, 完全丧失 KASII 基因活
性的纯合胚胎在发育的早期, 如鱼雷期之前就会发
生夭折。GhFAD和 GhGPAT在纤维启动和伸长期表
达量很高, 说明脂肪相关代谢基因在棉纤维形成过
程中起重要作用。这可能与纤维细胞的启动和快速
伸长需要脂肪类基因提供相应的细胞器和生物膜
相关[12]。Qin 等[13]研究也表明 3-酮酰-CoA 合成酶
(KCS)在棉纤维伸长过程中起很重要的作用。同时在
棉纤维发育早期, 许多编码非特异性脂肪转移酶相
关的基因均上调表达[14]。综合上述结果, 表明脂肪
酸代谢相关基因在棉纤维生长发育中起着至关重要
的作用。
棉花是世界性的重要经济作物, 其中陆地棉占
全球棉花种植面积的 95%以上, 然而在其生长季节
和生长区域频繁遭受着低温、盐碱等非生物胁迫的
侵袭, 严重影响棉花的生长发育和产量的提高。本
研究对 4 个脂肪类合成代谢相关基因进行胁迫诱导
试验, 以期发掘该类基因在作物抗逆性改良方面的
应用潜力, 对棉花的抗逆育种以及阐述棉花耐受胁
迫的分子机制都有着重要的意义。前人利用拟南芥
和烟草等植物就脂肪类代谢相关基因对创伤、MeJA、
ABA 和冷相关诱导反应已有报道[3,15]。Wolte 等[3]对
拟南芥 GPAT 基因进行研究表明, GPAT 基因过量表
达会引起磷脂酰甘油不饱和脂肪酸含量的增加, 使
转基因拟南芥在低温下也可以生长; 已有研究表明
ω-3FAD 明显地受到 ABA、创伤和冷的诱导而上调
表达, 但被 MeJA诱导下调表达[16-17]。本研究从棉花
中克隆的相关基因也获得了相似的诱导表达结果。
这表明脂肪类相关代谢基因不仅参与脂肪酸相关代
谢的活动, 而且参与植物的抗逆反应, 该研究结果
为棉花抗逆育种研究以及阐述棉花耐受胁迫的分子
机制提供了参考。
4 结论
从陆地棉中克隆出 4 个脂肪酸合成相关基因
GhKASII、GhKASIII、GhFAD和 GhGPAT。它们在根、
2090 作 物 学 报 第 36卷

茎、叶及纤维发育不同时期均有表达, 属于组成性
表达基因。其中 GhKASII和 GhKASIII在 25 DPA种
子中表达量很高; GhFAD在 0 DPA胚珠, 15 DPA种
子, 20 DPA纤维组织中表达量均很高; GhGPAT在 0
DPA胚珠和 15 DPA纤维中表达量很高。GhKASII受
ABA、冷害、创伤胁迫处理后下调表达; GhKASIII明
显受这 4 个处理诱导上调表达; GhGPAT 仅受 ABA
诱导上调表达, 不受其他 3个处理诱导表达; GhFAD
不受茉莉酸甲酯诱导表达, 但被创伤、脱落酸(100
mmol L−1 ABA)和低温(4 )℃ 胁迫诱导上调表达。
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