全 文 ：作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2010, 36(1): 101−108 http://www.chinacrops.org/zwxb/
ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9 E-mail: xbzw@chinajournal.net.cn

本研究由国家“十一五”科技支撑计划项目(2006BAD06B03)和国家公益性行业(农业)科研专项经费项目(nyhyzx07-018)资助。
*
通讯作者(Corresponding author): 熊和平, E-mail: ramiexhp@2118.cn; Tel: 0731-8998500
第一作者联系方式: E-mail: ibfc-maxif@163.com
Received(收稿日期): 2009-03-23; Accepted(接受日期): 2009-07-24.
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2010.00101
苎麻 Actin1 基因克隆及其在韧皮部纤维不同发育阶段的表达
马雄风1,2 喻春明1 唐守伟1 朱爱国1 王延周1 朱四元1 刘建新1
熊和平1,*
1 中国农业科学院麻类研究所 / 农业部麻类遗传改良与工程微生物重点开放实验室, 湖南长沙 410205; 2 中国农业科学院棉花研究所,
河南安阳 455000
摘 要: 通过 cDNA文库的 PCR筛选法获得苎麻内源肌动蛋白基因片段, 采用苎麻[Boehmeria nivea (L.) Gaud]中苎
1 号为材料, 结合 RACE 技术获得了苎麻的 Actin1 蛋白编码基因(BnACTIN1)的 cDNA 全长序列(GenBank 登录号为
DQ665832, 2009年 8月 1日公布), 该基因全长 cDNA序列 1 782 bp, 编码区长 1 134 bp, 编码 377个氨基酸残基。
Blastn 分析表明 , BnACTIN1 基因与桑树(Morus alba: DQ785808)、蓖麻子 (Ricinus communis: AY360221)、棉花
(Gossypium hirsutum: AY305723-305736)等植物的肌动蛋白基因序列有高度的同源性。对推导的氨基酸序列进行分子
进化分析表明, 该基因与棉花 Actin蛋白家族 AAP73451.1、AAP73457.1聚为一类, 三者之间的亲源关系最近。建立
荧光定量 PCR体系, 用 18S rRNA和 Histone3内参基因对表达水平均一化, 分析 BnACTIN1基因在苎麻纤维细胞伸长
过程中的表达水平变化。结果表明, 在株高 97 cm时最高, 约为株高 11、150和 220 cm时表达量的 230倍以上, 是
株高 47 cm时期的 20倍。本研究揭示的所获得 BnACTIN1序列为苎麻的 Actin1蛋白编码基因, 其最高表达时期开始
于纤维快速伸长时期, 但稍早于纤维发育的高峰期, 推测该基因可能与韧皮部纤维伸长过程中的肌细胞骨架形成
有关。
关键词: 苎麻; 肌动蛋白; 基因克隆; 实时定量 PCR
Cloning and Tissue Expression of Actin1 Gene in Different Fiber
Development Phases of Ramie [Boehmeria nivea (Linn.) Gaud]
MA Xiong-Feng1,2, YU Chun-Ming1, TANG Shou-Wei1, ZHU Ai-Guo1, WANG Yan-Zhou1, ZHU Si-Yuan1,
LIU Jian-Xin1, and XIONG He-Ping1,*
1 Institute of Bast Fiber Crops, Chinese Academy of Agricultural Sciences / Key Laboratory of Genetic Improvement & Engineering Microbiology for
Bast Fiber Crops, Changsha 420105, China; 2 Institute of Cotton Research, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Anyang 455000, China
Abstract: Ramie [Boehmeria nivea (L.) Gaud] is an important natural fiber crop, and its quality improvement is a challenge for
ramie breeders in breeding program. Plant fiber development is a complex process, which involves many genes and enzymes.
Actin protein cytoskeleton plays a significant role in cytomorphology including cell elongation of ramie fiber. It is promising for
ramie quality improvement by purposely regulating Actin gene expression with gene engineering technique. In the present study,
the full-length cDNA sequence of Actin1 gene from ramie cultivar Zhongzhu 1 was cloned (GenBank accession number:
DQ665832) by using degenerate primer RT-PCR method, RACE technology and screening with a full-length cDNA library. The
full-length cDNA was composed of 1 782 bp sequences including an open reading frame (ORF) of 1 134 bp region which en-
coded 377 amino acids. Bioinformatic analysis showed that the conserved motifs of Actin1 gene contained six ATP binding sites,
six profilin binding sites and nine gelsolin binding sites. The cDNA sequence of Actin1 shared high sequence homology with that
from other crops previously reported, which was close to that from Morus alba (GenBank accession number: DQ785808), Ricinus
communis (AY360221) and Gossypium hirsutum (AY305723−305736). Gene sequence analysis showed that the putative amino
acid sequence and Gossypium hirsutum Actin (AAP73451.1, AAP73457.1) were gathered to a same group. Degenerate primer
RT-PCR method was used to clone 18S rRNA and Histone3 genes and establish the fluorescence quantitative PCR system. The
system was used to study the expression of Actin1 gene in different fiber development phases by using 18S rRNA and Histone3
102 作 物 学 报 第 36卷

genes as inner references. The results showed that Actin1 could express in all kinds of ramie fiber development phases, and the
mRNA was 230 times higher in 97 cm of plant height than 11, 150 and 220 cm, 20 times higher than in 47 cm. The BnACTIN1
gene expression increased slowly in 11 to 47 cm of plant height, the peak in the plant height from 47 to 97 cm, in then rapidly
declined in 150 cm of plant height, and kept the lowest level till the plant height was up to 220 cm. The high expression of
BnACTIN1 gene presented at the beginning of the rapid elongation of the fiber cell, but slightly earlier than the peak period of
fiber development. We speculated that ramie actin cytoskeleton plays an important role in the process of phloem fiber elongation.
Keywords: Ramie; Actin protein; Gene cloning; Real-time quantitative PCR
植物肌动蛋白(Actin)是组成型表达蛋白质。具
有高度的保守性 [1], 其编码基因常被看作是看家基
因(housekeeping gene)。1963年, 阎隆飞等[2]首次提
出高等植物中存在肌动蛋白。迄今为止, 在高等植
物的花粉、茎韧皮部、叶表皮细胞、叶鞘细胞、根
毛、卷须、内果皮和茎形成层等组织中都已鉴定出
肌动蛋白, 它广泛存在于植物界[3]。植物肌动蛋白是
微丝的主要组分, 参与细胞内许多重要的生理活动,
如细胞形状的维持、胞质环流、细胞运动、细胞分
裂、细胞分化、细胞内的物质运输、极性建成以及
信号转导等。有研究表明, 编码植物肌动蛋白的基
因与动物及真菌一样, 属于多基因家族[4-5]。Li等[6]
从棉花 cDNA文库分离出 15 个Actin基因 , 通过
Northern杂交和Real-Time PCR分析表明, 15个Actin
基因在不同组织表达, 并且可以被分成 4 组, 第一
组以GhACT1 为代表 , 突出在纤维细胞里表达 ,
GhACT1 的干扰导致mRNA和蛋白质的减少, 打乱
纤维细胞肌动蛋白细胞骨架的网络结构 , 认为
GhACT1是在纤维伸长而不是纤维起始中发挥作用。
本研究的目的是克隆苎麻BnACTIN1 基因, 并探索
其在韧皮部纤维不同发育阶段基因的表达水平, 从
而初步阐明该基因在纤维伸长时肌细胞骨架形成中
的表达规律。
1 材料与方法
1.1 试验材料
苎麻栽培种中苎 1号[Boehmeria nivea (L.) Gaud],
来自中国农业科学院麻类研究所国家种质长沙苎麻
圃。2002年以 45 cm行距条播建植, 每厢种植两行,
行长 14.5 m, 兜距 0.33 m, 行距 0.67 m, 计产面积为
14.5 m×6 m×0.67 m行距。
1.2 主要仪器和试剂
Biometra TGradient Thermal Cycler (Biometra),
IQTM 5 Multicolor Real-Time PCR Detection System
(Bio-Rad, 美国), Beckman Du800 Nucleic Acid/Protein
Analyzer (Beckman, 美国)。
Concert Plant RNA Reagent (Invitrion), RevertAid
First Strand cDNA Synthesis Kit (Fermentans), Pmd
18-T Vector (TaKaRa), TIANgel Midi Purification Kit
(TIANgel), TaKaRa Taq, TaKaRa DNase I, SYBR Green
Real-Time PCR Kit (TIANgel)。
1.3 总 RNA的提取
从中苎 1 号韧皮部中, 取上中下三部分并混合,
参照 Invitrogen公司的 Plant RNA Reagent说明书提
取总 RNA, 然后用凝胶电泳和吸光值法进行质量检
测。基因克隆用 RNA都来源于株高 110 cm的头麻
韧皮部; 实时定量检测用 RNA分别来源于株高 11、
47、97、150和 220 cm时的头麻韧皮部, 即株高 11 cm
时为首次取样, 以后每 2周取样一次, 共计 5次。
1.4 苎麻 Actin1基因核心 cDNA序列的克隆
根据已报道的其他植物的 Actin1 基因的核苷酸
序列, 通过 GenBank联机检索、ClustalW2多序列比
对以及 Premier 5 软件设计简并引物 , 配对进行
PCR。引物序列如下所示, 其中兼并碱基代码分别为
R(A,G); Y(C,T); M(A,C); K(G,T); S(G,C); W(A,T);
H(A,T,C); B(G,T,C); V(G,A,C); D(G,A,T); N(A,T,G,C)。
上游: 5′-SGGAKTTTGCTGGTGATGATGC-3′
下游: 5′-CCTCCAATCCARACACTGTAC-3′
以本实验室保存的株高 95 cm的中苎 1 号韧皮
部为材料, 采用SMART技术构建的噬菌体型cDNA
文库为模板[7], 使用PCR筛选文库的方法[8]克隆得到
目标基因的cDNA核心序列。
1.5 苎麻Actin1基因 cDNA全长序列克隆及分析
根据本研究已经通过文库筛选获得的苎麻
Actin1 基因核心序列 , 采用TaKaRa公司的3′-Full
RACE Core Set Ver.2.0和5′-Full RACE Core Set, 进
行 3′和 5′末端的扩增。设计基因特异引物 3′RACE引
物, AC3P1 为 5′-CCAAATCATCACAATCGGAG-3′,
AC3P2 为 5′-GTACTCTTCCAACCGTCTCT-3′; 5′RA
CE引物, ACRT为 5′-CTCTGTTAGCCTTAG-3′, ACA2
为 5′-CCATAACGCCAGTGTGACGC-3′, ACA1 为
5′-CATCCCGACCATAACGCCAG-3′。
将 3′RACE产物、5′RACE产物分别用 pMD18-T
载体连接, 经 Amp抗性筛选、X-gal/IPTG蓝白斑显
色筛选、菌落 PCR 筛选、重组质粒 PCR 鉴定、重
组质粒的酶切初步鉴定后, 取穿刺保存的菌种送上
第 1期 马雄风等: 苎麻 Actin1基因克隆及其在韧皮部纤维不同发育阶段的表达 103


海生工生物工程技术有限公司使用 M13 primers 进
行双向测序。将测序结果拼接, 初步得到全长 cDNA
序列。根据拼接获得初步全长 cDNA 序列的 5′和 3′
末端 , 设计特异引物 , 采用高保真 Taq 酶进行
RT-PCR 扩增, 将获得的扩增产物克隆、测序得到
BnACTIN1 全长 cDNA 序列。获得的最终全长 cDNA
序列进行 Blast比对分析、氨基酸保守区分析以及分子
进化分析, 以确定所获序列的结构特征、功能特征。
1.6 内参基因 18S rRNA和 Histone3的克隆
根据已报道的其他植物的 18S rRNA 和 Histone3
基因的核苷酸序列, 采用前面描述的方法各设计正反
2 条简并引物, 经 PCR 扩增, 克隆, 筛选鉴定并测序,
最后进行 Blast分析。18S rRNA基因引物, 18S rRNA-F
为 5′-CCAGGTCCAGACATAGTA-3′, 18S rRNA-R为
5′-GTACAAAGGGCAGGGACGTA-3′; Histone3 基
因引物, Histone3-F 为 5′-TTATCAGGAAATTGCC
TTTC-3′, Histone3-R 为 5′-AGCGACTGATCCACA
CTTCT-3′。
1.7 荧光定量 PCR分析 BnACTIN1基因的表达
1.7.1 总 RNA提取及反转录 总 RNA提取材料
来源及方法参见 1.3。用吸光值法测定韧皮纤维发育
各组织部位的 RNA 量(Beckman DU 800), 取等量
RNA 进行反转录, 并测定产物 cDNA 量, 再取等量
cDNA 作模板进行 PCR, 以琼脂糖凝胶电泳检测亮
度, 同时测定吸光值精确检测产物差异情况。
1.7.2 SYBR Green I引物和扩增子设计 采用
Primer3 和mfold软件设计高效性和特异性好的引物,
内参 18S rRNA基因引物, 扩增大小为 100 bp, 18S
rRNA-F 为 5′-TGACGGAGAATTAGGGTTCGA-3′,
18S rRNA-R为 5′-CCGTGTCAGGATTGGGTAATT
T-3′; 内参Histone3 基因引物, 扩增大小为 100 bp,
Histone3-F为 5′-TCAAGACTGATTTGCGTTTCCA-
3′, Histone3-R为 5′-GCGCAAAGGTTGGTGTCTTC-3′,
Actin1 基因引物, 扩增大小为 130 bp, Actin1-F为
5′-GGCATATGTTGCCTTGGACT-3′, Actin1-R为 5′-
TGAACCTCTCAGCTCCGATT-3′。
1.7.3 制备标准曲线样品 分别制作Actin1、18S
rRNA和Histone3基因的标准曲线。即以cDNA和相应
引物进行普通PCR扩增 , PCR产物经琼脂糖凝胶电
泳鉴定。然后将PCR产物进行 10 倍梯度稀释, 取
103~107作标准品用于制备标准曲线, 作 5 个点。普
通PCR程序为 94℃预变性 3 min, 94℃变性 30 s, 55℃
退火 30 s, 72℃延伸 60 s, 共 40个循环, 最后 72℃延
伸 10 min。
1.7.4 定量 PCR 检测 为了保证反应条件的一
致性, 将各 PCR 体系所需的共同组分组成混合液再
均分 , 然后加入差异组分 , 如模板、引物等。用
SYBR Green I荧光染料方法来监控 PCR过程。定量
PCR程序为 95℃预变性 2 min, 95℃变性 30 s, 55℃
退火 1 min, 40个循环(iQ5 Multicolor Real-Time PCR
Detection System)。
1.7.5 仪器的操作 完成上述步骤后, 把加好样
品的 96孔板放在 Bio-Rad iQ5型荧光定量 PCR仪中
进行反应, 检测标准曲线和样品的质量及浓度范围,
标准曲线的相关系数应接近 1。
2 结果与分析
2.1 苎麻BnACTIN1基因全长 cDNA序列的克隆
及生物信息学分析
2.1.1 全长 cDNA序列的克隆 按照鲁国东
等[8]PCR技术筛选文库克隆基因的方法, 获得一条长
度为 976 bp的产物。根据其保守区段DNA序列设计
特异引物, 引物序列详见试验方法部分。将获得的
高质量总RNA反转录得到的cDNA, 以此为模板进
行 5′RACE扩增, 第一次扩增得弥散带, 第二轮采用
巢式梯度PCR扩增 , 得到约350 bp的条带 (图 1);
3′RACE扩增获得 846 bp和 500 bp的条带 2条(图 2)。
经测序与已有序列比对拼接, 确定 846 bp的长片段
是 3′目的片段。


图 1 5′端的巢式梯度扩增电泳图
Fig. 1 5′ end segments by agarose gel electrophoresis
M: marker III; 1~2: 5′目的片段；3~8: 弥散带。
M: marker III; 1–2: 5′ end segment; 3–8: diffusion bands.


图2 3′末端扩增电泳图
Fig. 2 3′ end segments by agarose gel electrophoresis
M: marker III; 1: 3′端片段。M: marker III; 1: 3′ end segments.
104 作 物 学 报 第 36卷

2.1.2 全长 cDNA 序列的获得及氨基酸序列的推定 家族(AY305723-305736)、西洋梨(AF386514)、芸薹
(AF111812)、烟草(U60489)、马铃薯(U60485)、水稻
(X16280)等。推定的氨基酸序列保守区分析发现, 包
含一个保守区Actin1 superfamily (图 4)。该保守区含
有多处 6 个氨基酸残基的ATP结合位点、profilin结
合位点和 9 个氨基酸残基gelsolin结合位点。将苎麻
BnACTIN1 基因推导的蛋白氨基酸序列与其他植物
已报道的相应序列在线ClustalW2多序列比较, 并构
建系统树(图 5)。结果显示, 苎麻的BnACTIN1 推定
的氨基酸序列与棉花Actin蛋白家族AAP73451.1、
AAP73457.1 聚为一类, 三者之间的亲源关系最近。
通过上述生物信息学分析可以初步确定本实验获得的
全长基因为苎麻的肌动蛋白基因。
分别对上述得到 cDNA 核心区、3′和 5′末端序
列进行拼接初步获得全长 cDNA 序列; 根据拼接得
到的初步全长序列设计全长扩增特异引物, 以高保
真 Taq酶进行扩增, 将扩增产物进行克隆、测序, 并
对原拼接序列进行碱基矫正得到最终的全长 cDNA
序列, 如图 3所示。cDNA序列全长 1 782 bp编码区
序列其中起始密码子 ATG位于第 150~152 bp, 终止
密码子 TAA位于第 1 281~1 283 bp, 编码区长 1 134
bp, 编码 377 个氨基酸残基。命名为 BnACTIN1。
GenBank登录号为 DQ665832 (该登录号目前对应为
核心片段信息, 2009 年 8 月 1 日将被正式更新为全
长序列)。
2.2 内参基因 18S rRNA和 Histone3基因的克隆 2.1.3 苎麻 BnACTIN1 基因的生物信息学分析
核苷酸序列在线 Blast 分析表明, 获得的序列
与许多种植物的肌动蛋白基因高度同源 , 如桑树
(DQ785808)、蓖麻子(AY360221)、棉花肌动蛋白整个
用 1.5节描述的方法 18S rRNA引物扩增, 获得
一条长度为 427 bp的产物。以 Blastn分析可知, 该
片段与大多数植物的 18S rRNA 基因序列有高度的


图 3 Actin1 基因 mRNA 序列及推定氨基酸序列
Fig. 3 mRNA sequence and putative amino acid sequence of Actin1 gene
第 1期 马雄风等: 苎麻 Actin1基因克隆及其在韧皮部纤维不同发育阶段的表达 105




图 4 BnACTIN1蛋白氨基酸序列的保守区
Fig. 4 Conservative domain of BnACTIN1 amino acid sequence



图5 BnACTIN1推定蛋白氨基酸序列的分子进化分析
Fig. 5 Molecular evolution analysis of BnACTIN1 putative amino acid sequence

同源性。用 1.5方法Histone3引物扩增, 获得一条长
度为 240 bp的产物。以Blastn分析可知, 该片段与棉
花 (AF024716.1) 、 玉 米 (EU976723.1) 和 拟 南 芥
(NM_120167.3)等植物的Histone3 基因序列有高度
的同源性(具体的序列分析另文刊出)。
2.3 苎麻 BnACTIN1 基因在纤维细胞伸长不同
阶段的荧光定量 PCR分析
2.3.1 内参基因标准曲线的制作 将 18S rRNA
和Histone3 基因PCR产物经回收后作为标准品, 进
行 10 倍系列稀释, 选取 103~107 5 个稀释度进行荧
光定量PCR, 得到S形的扩增曲线, 再根据扩增曲线
5个点的Ct值得标准曲线(图 6)。线性方程分别为: Y =
–3.589X+31.622 和Y = –3.165X+31.844, 其中R2 =
0.990和R2 = 0.987, 数值非常接近 1, 说明Ct值和其
模板起始拷贝数的对数值之间的相关性好。 标准曲
线斜率为–3.589和–3.165, 扩增效率为 90%和 107%,
符合试验要求。
2.3.2 BnACTIN1 基因的实时扩增反应 同 18S
rRNA和Histone3 基因一样, 苎麻BnACTIN1 基因进
行 10 倍系列稀释回收的PCR产物进行荧光定量PCR,
得到S形的扩增曲线, 根据扩增曲线获得标准曲线线
性方程: Y = –3.672X+33.026。其R 2 =0.984 证明


图6 18S rRNA和Histone3的标准曲线
Fig. 6 PCR standand curve and result of 18S rRNA and Histone3
5 samples were repeated for 3 times.

Ct值和其模板起始拷贝数的对数值之间的相关性
好。Slop= –3.672, 扩增效率为 98%。将Actin1基因、
18S rRNA和Histone3 基因在同一条件下进行PCR扩
增反应, 实时检测, 每个样品重复 3次, 以确保试验
条件一致, 消除试验误差。分别获得溶解曲线, 从溶
解曲线中可以看出, 峰的形状较为锐利, 特异性较
好, 将产物进行琼脂糖凝胶电泳显示所得的产物为
目的条带(图 7)。
2.3.3 BnACTIN1 基因的表达变化 采用以上建
立的SYBR Green实时荧光定量PCR方法, 由溶解曲
线判断PCR的特异性, 根据荧光曲线的Ct值以及
106 作 物 学 报 第 36卷




图 7 18S rRNA、Histone3 和 Actin1 溶解曲线
Fig. 7 Dissolving curve and electrophoresis result of 18S rRNA, Histone3, and Actin1 gene

标准曲线计算定量结果。所得结果利用IQ5 软件和
简化相对定量分析之计算公式 2–ΔΔCt, 检测
BnACTIN1 基因在苎麻韧皮部纤维不同发育阶段(株
高 11、47、97、150和 220 cm)的表达变化。用 18S
rRNA和Histone3 基因对表达水平进行均一化, 对该
基因在各纤维发育阶段表达水平进行相对定量。分
析结果如图 8所示, 可见BnACTIN1基因表达量在株
高 11 cm至 47 cm时增加较慢, 在 47 cm至 97 cm显著
增加达到最高, 约为 11、150和 220 cm株高时表达
量的 230 倍以上, 是株高 47 cm时的 20 倍, 然后至
150 cm时急速下降, 从 150 cm到 220 cm则十分缓慢
地下降, 220 cm达到最低点。



图 8 苎麻 BnACTIN1 基因在不同生长阶段的相对表达量
Fig. 8 BnACTIN1 gene expression in different fiber
development phases

3 讨论
本研究克隆的序列和苎麻BnACTIN1 基因推导
的蛋白氨基酸序列分别经在线nucleotide blast分析
和在线ClustalW2 多序列比较, 结果表明克隆的全
长基因为肌动蛋白基因家族成员之一。
实时定量PCR技术一般选择看家基因 (house-
keeping gene)作为内对照, 但很多看家基因的表达
水平随着环境的改变而改变 [9], 而目前在采用实时
定量PCR验证这些数据时都只用了一个看家基因来
平衡数据。为了保证试验可靠性, 本试验选用 2 个
常用的看家基因(18S rRNA和Histone3)设计了 2对引
物, 从试验的灵敏性、有效性和特异性看, 其灵敏度
高 、 检 测 范 围 广 。 其 线 性 方 程 分 别 为 Y =
–3.589X+31.622 和 Y= –3.165X+31.844, 其中 R2 =
0.990和R2 = 0.987, 数值非常接近 1, 说明Ct值和其
模板起始拷贝数的对数值之间的相关性好。(标准曲
线斜率为–3.589和–3.165。荧光定量PCR理想状态下
建立的斜率为–3.322[10]。可见 18S rRNA和 Histone3
基因可用作对韧皮部纤维发育过程中BnACTIN1 表
达检测时的内参基因。
植物中的Actin基因是由几十个甚至上百个
Actin基因组成的多基因家族。拟南芥有 10个不同的
Actin基因, 其中 8个是功能基因, 2个是假基因。其
他作物的Actin基因家族也有几十个不同的成员。肌
动蛋白细胞骨架在器官运输, 细胞伸长、顶端生长、
膜运输以及将细胞壁内含物运往细胞伸长位点等植
物细胞形态发生等方面起了很重要的作 用
[11-18]。Miller等 [19]用Actin干扰药物打乱肌动蛋白细
胞骨架在毛状体发育时期没有伸展的分支和随机毛
状体紊乱。Gilliland等 [20-21]用Actin干扰抑制F-actin
伸长也封闭了极性伸长和根毛伸长。此外, 减少肌
动蛋白细胞骨架的排列导致根毛的急剧减少和促使
Actin2 的突变和严重突出以及拟南芥Actin7 突变并
延迟了根的伸长。近年, 在棉花上对该基因的功能
第 1期 马雄风等: 苎麻 Actin1基因克隆及其在韧皮部纤维不同发育阶段的表达 107


基因逐渐深入 , 并取得重要发现。Li等 [6]从棉花
cDNA文库分离出 15 个Actin基因, 通过Northern杂
交和Real-time PCR分析表明, 15个Actin基因在不同
组织表达, 并且可以被分成 4 组, 第一组以GhACT1
为代表的突出在纤维细胞里表达, RNAi干扰导致其
mRNA和蛋白质的减少, 并打乱了纤维细胞肌动蛋
白细胞骨架的网络结构。总之, 他们的研究结果提
供了直接的证据, 证明Ghact1 是参与纤维伸长而不
是纤维的起源。其鉴定及表达研究, 让我们了解了
Ghact1在棉纤维细胞发育过程中的作用。然而, 肌动
蛋白细胞骨架在韧皮纤维细胞发育过程中的功能还
是未知的。本研究克隆的BnACTIN1全长基因只是苎
麻肌动蛋白家族基因之一, 为明确该基因在家族基
因中对于纤维发育可能的作用, 我们进一步采用实
时相对定量法研究了其在苎麻韧皮部纤维不同发育
阶段的表达变化。苎麻株高的伸长生长是呈加快趋
势的, 即从 11 cm到 47 cm, 平均每天生长 2.4 cm。
第三次取样时株高为 97 cm。伸长了 50 cm, 平均每
天 3.3 cm。第四次取样时株高为 150 cm, 伸长了 53
cm, 平均每天生长 3.5 cm。最后一次取样时株高 220
cm, 生长了 70 cm, 平均每天伸长 4.6 cm, 相应的纤
维发育程度也不断加快。表明基因的表达量在纤维
发育初期变化较平缓, 株高 47 cm时稍有提高, 在株
高为 97 cm时急剧增高, 约为 11、150和 220 cm株高
的 230倍以上, 而在后期(150 cm和 220 cm)变化又
趋于平缓。说明该基因的表达规律与纤维发育密切
相关, 而且基因表达的最高水平时期开始于纤维快
速伸长时期, 但稍稍早于纤维发育的最高峰期(株高
220 cm), 可能该基因对纤维迅速发育中的细胞建成
起着重要的作用, 这与Li等[6]对GhACT1在棉纤维发
育过程中的表达量分析结果类似 , 但也不完全相
同。当然, 苎麻肌动蛋白家族基因还有更多的成员,
本实验室在对文库筛选的过程中也得到了其他的肌
动蛋白基因的片段, 尚未进行深入研究, 也许会有
比BnACTIN1 基因在纤维发育过程中更为重要的家
族基因, 值得我们进一步研究。
4 结论
克隆了BnACTIN1全长cDNA序列 1 782 bp, 编
码区长 1 134 bp, 编码 377个氨基酸残基。构建了基
于 18S rRNA和Histone3为参照的苎麻荧光实时定量
PCR检测体系, 发现Actin1基因表达在株高 11 cm至
47 cm时增加较慢, 在 47 cm至 97 cm显著增加并达
到最高点, 从 150 cm到 220 cm则十分缓慢地下降,
220 cm达到最低点, 推测该基因在纤维伸长中可能
与肌细胞骨架形成有关。
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