全 文 ：拟南芥 VQ基因家族响应抗性相关激素表达谱分析*
林渊源1,2, 余迪求1**
(1 中国科学院西双版纳热带植物园, 云南 昆明摇 650223; 2 中国科学院研究生院, 北京摇 100049)
摘要: 近年来与 WRKY转录因子相互作用的 VQ鄄motif蛋白逐渐引起广泛关注。 它是一类植物特异性蛋白,
目前在拟南芥 (Arabidopsis thaliana) 中已鉴定到 34 个成员, 据其所编码氨基酸的序列相似性构建系统进
化树, 这 34 个成员聚集成两大簇。 实时定量荧光 PCR 分析表明在 SA (水杨酸), MeJA (茉莉酸甲酯),
ACC (乙烯前体), ABA (脱落酸) 处理下 AtVQ基因家族中有多个成员分别受 SA, JA, ET高倍诱导, 部
分成员受 SA, JA, ET 中两种激素诱导, 其中 AtVQ3, AtVQ18, AtVQ23 和 AtVQ24 同时受 SA, JA, ET 诱
导, 仅 AtVQ27 受 ABA诱导, 推测拟南芥 VQ家族成员在抗病方面起作用。
关键词: 拟南芥; VQ 基因家族; 水杨酸; 茉莉酸甲酯; 乙烯; 脱落酸
中图分类号: Q 945摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 文献标识码: A摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 文章编号: 2095-0845(2012)05-509-10
Expression Profiles of Arabidopsis thaliana VQ Gene Family
in Defense鄄Related Hormones Treatments
LIN Yuan鄄Yuan1,2, YU Di鄄Qiu1**
( 1 Xishuangbanna Tropical Botanical Garden, Chinese Academy of Sciences, Kunming 650223, China;
2 Graduate University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China)
Abstract: Several VQ proteins are recently identified as WRKY factors鄄interacting partners in Arabidopsis and in鄄
volved in regulating physiological processes. Searching of genomic databases found that VQ gene family is specific to
land plants and these VQ genes encode proteins characteristic of a conserved VQ鄄motif. It consists of 34 representa鄄
tives in Arabidopsis and can be divided into two groups based on the similarity of the amino acid sequences. To un鄄
derstand the functions of Arabidopsis VQ proteins, we examined the expression profiles of AtVQ genes in various de鄄
fense鄄related hormones treatments. qRT鄄PCR analysis revealed that a majority of them were differently regulated in
response to salicylic acid (SA), methyl jasmonate (MeJA), or 1鄄aminocyclopropane鄄1鄄carboxylate (ACC). And
some members are induced by two of these three hormones. Moreover, four members (AtVQ3, AtVQ18, AtVQ23 and
AtVQ24) are induced by SA, MeJA and ACC simultaneity. However, there is only one AtVQ gene (AtVQ27) is up鄄
regulated after spraying of abscisic acid (ABA). These results suggest that Arabidopsis VQ genes may be involved in
plant defense responses.
Key words: Arabidopsis thaliana; VQ gene family; ABA; SA; JA; ET
摇 VQ蛋白是一类植物特异性蛋白, 其名称源
于它们都有一个保守的 VQ鄄motif: FXh VQ ChTG
(pfam05678), X 为任一氨基酸, h 为疏水性氨
基酸 (Morikawa等, 2002; Andreasson 等, 2005)。
在拟南芥、 水稻 (Oryza sativa L. )、 高粱 (Sor鄄
ghum vulgare )、 玉 米 ( Zea mays L. )、 杨 树
(Populus L. )、 蓖麻 (Ricinus communis L. )、 棉
花 (Gossypium L. ) 和葡萄 (Vitis L. ) 等物种里
植 物 分 类 与 资 源 学 报摇 2012, 34 (5): 509 ~ 518
Plant Diversity and Resources摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 DOI: 10. 3724 / SP. J. 1143. 2012. 12032
*
**
基金项目: 中国国家自然科学基金 (90817003)
通讯作者: Author for correspondence; E鄄mail: ydq@ xtbg. ac. cn
收稿日期: 2012-03-13, 2012-05-21 接受发表
作者简介: 林渊源 (1987-) 女, 硕士研究生, 主要研究方向: 植物分子生物学。 E鄄mail: lafylin@ 163. com
都发现了 VQ 蛋白家族成员 (http: / / www. ncbi.
nlm. nih. gov / gene? term=pfam05678)。 目前在拟南
芥中已经鉴定到 34个 VQ蛋白成员 (http:/ / www.
arabidopsis. org), 但仅有 5 个成员 (AT2G35230,
AT2G41010, AT3G18690, AT3G56710, AT2G41180)
的功能有所研究。
VQ蛋白成员参与调控植物的生长发育过程,
如 IKU1 (AT2G35230)。 IKU1 在中央细胞及胚乳
中强烈表达, 参与调控胚乳的发育进而影响种子
的大小 (Garcia等, 2003)。 进一步研究证实 IKU1
能与WRKY转录因子 WRKY10 (MINI3) 相互作
用, 从而通过 IKU2鄄 MINI3 途径来调节胚乳的早
期发育 (Luo 等, 2005; Wang 等, 2010)。 另外,
VQ蛋白成员参与调控非生物胁迫逆境, 如 At鄄
CaMBP25 (AT2G41010) 在拟南芥种子萌发和生
长发育早期能够负调控渗透压胁迫。 AtCaMBP25
作为钙调素结合蛋白, 在脱水、 低温、 高盐等逆
境条件下被强烈诱导表达, 可能通过与钙调素的
结合参与 Ca2+信号介导的抗逆途径 (Perruc 等,
2004)。 此外, VQ蛋白成员参与调控生物胁迫逆
境, 如 MKS1 (AT3G18690), SIB1 (AT3G56710)
和 SIB2 (AT2G41180)。 MKS1蛋白能与磷酸化激
酶 MPK4及转录因子WRKY25 / WRKY33相互作用
形成三聚复合物; 当植物受到病原菌刺激时,
MKS1 被 磷 酸 化 激 酶 MPK4 多 磷 酸 化, 使
WRKY33 / WRKY25从复合物中游离出来, 进而结
合到下游基因 PAD3 的启动子序列, 调控其表达,
最终调控植物病原菌抗性 (Andreasson 等, 2005;
Qiu 等, 2008)。 VQ 蛋白 SIB1 (AT3G56710) 和
SIB2 (AT2G41180) 也参与植物防卫反应, 高表
达 SIB1 能导致植物相应的抗性增强。 SIB1 和
SIB2能识别 WRKY 域激活 WRKY33 的表达进而
调控植物病原菌抗性, 同时又与 SIG1 (质体基因
转录组的 RNA 聚合酶的重要组成部分) 相互作
用, 使防卫反应与质体功能相联系, 但二者具体
的相互关系及功能仍需进一步研究, 同时 SIB1 还
介导 SA和 JA抗病信号途径的交叉作用 (Morika鄄
wa等, 2002; Xie 等, 2010; Lai 等, 2011)。 有研
究表明 VQ蛋白参与植物的生长发育以及对抗各
种胁迫过程, 且 VQ蛋白经常与 WRKY转录因子
相互作用来发挥功能。 而 WRKY转录因子广泛参
与了植物生长发育过程以及抗逆反应过程, 如
WRKY2通过 ABA信号途径参与种子的萌发和幼
苗发育过程 (Jiang, 2009); WRKY8 与拟南芥的
基础抗性有关, 介导了 SA / JA抗病信号途径的交
互作用 (Chen 和 Zhang, 2010)。 这为我们探究
VQ家族成员功能提供了一定的线索。
植物激素在植物的生长发育以及应对各种胁
迫过程当中发挥重要作用, 现代农业中, 经常外
施各种激素来提高植物抗不利环境的能力, 提高
产量、 催熟等。 除了传统的五大植物激素 (生
长素, 赤霉素, 细胞分裂素, 脱落酸, 乙烯)
外, 近年来发现了不少新兴植物激素如水杨酸,
茉莉酸等, 它们在参与植物生长发育和抗逆过程
中作用重大, 其信号网络已有研究, 尤其是水杨
酸、 茉莉酸、 乙烯和脱落酸已被认为是重要的抗
性相关激素。 SA是一种内源信号分子, 是诱发系
统获得抗性 (systematic acquired resistance, SAR)
(Ross等, 1961) 产生的关键信号分子之一 (Ge鄄
noud等, 2001)。 JA作为内源信号分子, 可启动植
物体内抗病防御基因的表达, 从而调控植物的防御
反应 (Penninckx等, 1996)。 ET是植物体内的一种
气态激素, ET与植物抗病及抗逆性的关系近年来
也得到了广泛的关注 (Xu 等, 1994)。 JA和 ET 还
是诱发系统抗性 (induced systemic resistance, ISR)
产生的关键信号分子 (Clarke等, 2000)。 ABA功能
广泛, 能调节种子和胚的发育 (Cheng 等, 2002),
参与种子萌发和萌发后幼苗生长过程 (Lopez鄄Moli鄄
na等, 2001; Jiang, 2009) 以及促进休眠、 气孔
关闭和提高抗逆能力 (Schroeder等, 2001)。
植物激素参与植物生长发育和抗逆过程的分
子机制近年来已有研究, 对 SA, JA, ET 介导的
抗病信号途径和 ABA介导的种子休眠、 萌发及抗
旱途径的分子机制也越来越清晰, 且不同植物激素
的作用通常相互渗透影响, 形成复杂的调控网络。
例如, SA依赖型反应路径与 JA依赖型反应路径间
通常相互拮抗, 有时也发生协同作用 (Takahashi
等, 2004; Leon鄄Reyes 等, 2010); ET可中和 SA对
JA的拮抗作用 (Leon鄄Reyes 等, 2009); ET / SA 信
号间存在广泛的协同互作 (Leon鄄Reyes 等, 2010)。
现有研究可能只窥探了其中很小的一部分, 因此各
激素参与各种重要生命过程的具体机制还有待深入
研究。 本文通过外施 SA, JA, ET 和 ABA 4 种激
素后检测 AtVQ基因家族成员的表达情况来初步
015摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 植 物 分 类 与 资 源 学 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 第 34 卷
预测 VQ蛋白的功能, 并为完善各种激素介导的
信号途径的分子机理提供一定的参考。
1摇 材料和方法
1. 1摇 植物材料
选用拟南芥哥伦比亚生态型 (Col鄄0) 为实验材料,
种子表面消毒后均匀散布在 1 / 2MS 培养基上 (含 0. 6%
Agar), 4 益春化 3 d, 转移到 22 益温室培养 7 d 后移栽
到土中, 光照 14 h, 黑暗 10 h, 湿度 40% 。 移栽苗生长
4 周后进行处理, 分别喷施 0. 2 mmol·L-1的 SA, 0. 1
mmol·L-1的 JA, 0. 1 mmol·L-1的 ACC, 0. 1 mmol·L-1的
ABA, 在 0 和 8 h两个时间点取材备用。
1. 2摇 RNA的提取及 cDNA的合成
取拟南芥地上部分采用 Trizol 法 ( Logemann 等,
1987) 提取总 RNA。 进行 DNA 消化后, 加 Oligo (dT) 18
primer 1 滋L, 5 伊buffer 4 滋L, RNA 酶抑制剂 1 滋L, 10
mmol·L-1 dNTPMix 2 滋L, 逆转录酶 1 滋L 组成 20 滋L 体
系, 按照 Fermentas公司生产的反转录试剂盒的操作步
骤进行反转录。 反应条件为 65 益 5 min, 42 益 60 min,
70 益 10 min。 cDNA 合成后以 cDNA为模板进行 actin 管
家基因的 PCR扩增, 判断是否逆转录成功, 并把其表达
水平调为一致后备用, 以检测目的基因表达情况。
1. 3摇 实时荧光定量 PCR (qRT鄄PCR)
检测目的基因表达量使用 Roche Light Cycler 480 re鄄
al鄄time PCR 仪, SYBR green玉染色法进行相对定量。 反
应体系为: ddH2O 9. 2 滋L, 引物-1 0. 4 滋L, 引物-2 0. 4
滋L, SYBR green玉 10 滋L。 拟南芥 VQ成员相应的基因号
和定量引物见附表 1。
2摇 结果分析
2. 1摇 拟南芥 VQ基因家族系统进化树的建立
从基因数据库 ( http: / / www. ncbi. nlm. nih.
gov / gene / ) 中查得 VQ基因广泛存在于陆生植物
中, 从苔藓、 蕨类、 裸子植物到被子植物中都已
经鉴定到 VQ基因, 例如小立碗藓 (Physcomitrel鄄
la patens) 中已鉴定 24 个成员, 江南卷柏 (Sela鄄
ginella moellendorffii) 中已鉴定 14 个成员, 水稻
中已鉴定 32 个成员, 玉米中已鉴定 37 个成员。
目前在拟南芥中已经鉴定到 34 个成员 (http: / /
www. arabidopsis. org)。 根据在染色体上的排列
位置我们分别为这 34 个基因编号, 具体编号与
基因号的对应关系见附表 1。 34 个拟南芥 VQ 基
因中除 AtVQ1外都只含一个外显子, 而且所编码
的蛋白长度一般都小于 300 个氨基酸。 比较 34 个
成员所编码的氨基酸序列, 用 MEGA4 构建了拟
南芥 VQ家族系统进化树 (图 1)。 这 34个成员聚
集成 2 大簇, 且有多个成员两两相聚, 如 AtVQ7
和 AtVQ34, AtVQ15 和 AtVQ24, AtVQ16 和 AtVQ23
等, 两成员之间序列相似性很高。 已有文献表明
AtVQ23 即 SIB1 (AT3G56710) 和 AtVQ16 即 SIB2
(AT2G41180) 能识别 WRKY 域激活 WRKY33 的
表达进而调控植物病原菌抗性 (Morikawa 等,
2002; Xie等, 2010; Lai等, 2011)。 这就暗示紧密
相聚的成员在功能上可能也具相似性, 为我们进
一步探究拟南芥 VQ基因家族成员功能提供便利。
2. 2摇 拟南芥 VQ 基因家族响应抗性相关激素表
达谱分析
植物激素在植物的生长发育以及应对外界逆
境时作用重大, 它们通常作为信号分子来广泛参
与植物生命过程, 研究激素相关反应成为了解生
命奥秘的重要手段。 SA, JA, ET, ABA 作为诱
发植物抗逆反应的信号分子也引起了广泛关注
(Hirayama 和 Shinozaki, 2007; Leon鄄Reyes 等,
2010)。 为了探究 VQ 蛋白的功能, 我们进行了
拟南芥 VQ基因家族成员响应抗性相关激素信号
(SA, JA, ET, ABA) 的表达谱分析, 实验结果
经过 3 次实验重复验证。
2. 2. 1摇 AtVQ家族成员响应 SA的表达谱分析
0. 2 mmol·L-1的 SA 处理 8 h 后, 相对于未
处理 (0 h) 的植株, 34 个成员中有 12 个 (At鄄
VQ3, AtVQ8, AtVQ10, AtVQ12, AtVQ18, AtVQ19,
AtVQ20, AtVQ21, AtVQ22, AtVQ23, AtVQ24,
AtVQ28) 成员表达上调, 其中 AtVQ10 表达上调
达 65. 28 倍, AtVQ12, AtVQ21, AtVQ23 的表达
上调也有 10 倍以上 (图 2)。 另外 22 个成员处
理后表达差异不明显 (附图 1)。 SA 是一种内源
信号分子, 在植物抵抗病害、 干旱、 盐渍、 高
温、 冷害、 重金属、 臭氧和紫外辐射等逆境方面
起作用 (Hayat等, 2010), 目前 SA 在抗病方面
的研究比较广泛, 其抗病信号网络分子机制也已
比较清晰 ( Johnson 等, 2003)。 AtVQ 家族中有
多个成员受 SA 诱导表达, 暗示这些成员可能也
在抗病方面起作用, 这就为我们探索 AtVQ 基因
家族功能提供一定线索, 可筛选出受 SA 强烈诱
导的成员 (AtVQ10, AtVQ12, AtVQ21, AtVQ23)
探究其在 SA信号途径里的功能。
1155 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 林渊源和余迪求: 拟南芥 VQ基因家族响应抗性相关激素表达谱分析摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
图 1摇 拟南芥 VQ蛋白家族系统进化树
Fig. 1摇 Phylogenetic tree of the VQ proteins from Arabidopsis
图 2摇 受 SA诱导的 AtVQ成员表达谱
Fig. 2摇 Expression profiles of SA induced AtVQ genes
1. AtVQ3; 2. AtVQ8; 3. AtVQ10; 4. AtVQ12; 5. AtVQ18;
6. AtVQ19; 7. AtVQ20; 8. AtVQ21; 9. AtVQ22;
10. AtVQ23; 11. AtVQ24; 12. AtVQ28
2. 2. 2摇 AtVQ家族成员响应 JA的表达谱分析
JA是植物体内起整体性调控作用的植物生
长调节物质, 一方面与植物的生长发育相关, 另
一方面作为内源信号分子参与植物在机械伤害、
病虫害、 干旱、 盐胁迫、 低温等条件下的抗逆反
应 (Cheong和 Choi, 2003)。 外施 0. 1 mmol·L-1
的 MeJA 8 h 后, 34 个成员中有 AtVQ2, AtVQ3,
AtVQ5, AtVQ18, AtVQ20, AtVQ22, AtVQ23, At鄄
VQ24, AtVQ26, AtVQ29 较对照表达上调, 其中,
最显著的是 AtVQ3 诱导了 100 倍以上, AtVQ23,
AtVQ24 和 AtVQ26 诱导了 60 倍以上 (图 3)。 其
余 24 个成员处理后表达差异不显著 (附图 2)。
我们的结果表明 AtVQ家族有 10 个成员表达差异
显著, 其在 JA信号网络中的作用不容忽视, 尤
其是 AtVQ3, AtVQ23, AtVQ24 和 AtVQ26 可作为
重点研究对象。
215摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 植 物 分 类 与 资 源 学 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 第 34 卷
图 3摇 受 JA诱导的 AtVQ成员表达谱
Fig. 3摇 Expression profiles of JA induced AtVQ genes
1. AtVQ2; 2. AtVQ3; 3. AtVQ5; 4. AtVQ18; 5. AtVQ20;
6. AtVQ22; 7. AtVQ23; 8. AtVQ24; 9. AtVQ26; 10. AtVQ29
2. 2. 3摇 AtVQ家族成员响应 ET的表达谱分析
ET是研究最早的植物激素之一, 与植物生
长发育过程中许多生理效应有关。 近年来, 乙烯
与植物抗病及抗逆性的关系得到了广泛的关注,
乙烯信号转导途径中的多个基因已被克隆并定
性, 许多植物防卫基因受乙烯诱导表达调控的机
制已揭示和验证 ( Xu 等, 1994; Kendrick 和
Chang, 2008)。 我们喷施 0. 1 mmol·L-1的 ET 前
体 ACC 8 h后, 检测 34 个成员的表达变化情况,
结果表明: 相对于未处理 (0 h) 的植株, At鄄
VQ3, AtVQ5, AtVQ18, AtVQ23, AtVQ24, At鄄
VQ29 这 6 个基因的表达上调了 20 倍以上, 而
AtVQ2, AtVQ13, AtVQ17, AtVQ28 的表达跟对照
相比也明显被上调 (图 4)。 另外 24 个成员处理
后表达差异微小 (附图 3)。 ACC处理下某些 At鄄
VQ成员反应明显, 共有 10 个成员受 ACC 多倍
诱导, 这也为我们进一步探索这些 AtVQ 基因家
族成员功能提供依据。
2. 2. 4摇 AtVQ家族成员响应 ABA的表达谱分析
外施 0. 1 mmol·L-1的 ABA 8 h 后, 相对于未
处理 (0 h) 的植株, 34 个成员中只有 AtVQ27 表
达上调了 881 倍, 而 AtVQ13, AtVQ18, AtVQ20,
AtVQ26, AtVQ29的表达被抑制了 100 多倍 (图
5); 另外的 28 个成员表达差异微小 (附图 4)。
ABA是植物体内最重要的激素之一, 广泛参与调
控植物的生长和发育过程, 在植物对抗外界各种
不利环境, 如, 干旱、 高盐、 低温和病虫害等过
程中也发挥着非常关键的调控作用 (Finkelstein
等, 2002; Shinozaki等, 2003)。 34 个成员中只有
AtVQ27 表达量显著上升, 推测 AtVQ27 可能在
ABA信号途径中起作用。 而其他 AtVQ 成员的表
达差异不明显可能是由于其在 ABA 信号调控网
络中的作用可能本来就不明显, 也可能是由于实
验设置不完善, 比如浓度及诱导时间不合理等。
为验证实验结果的可靠性, 也为把握激素处
理下各成员表达变化的整体波动趋势, 选择响应
SA信号的成员检测WT中 0. 2 mmol·L-1的 SA处
理后 0, 2, 4, 8, 24 h 其表达量。 结果表明它们
的表达变化趋势与先前实验一致 (图 6), 且一半
图 4摇 受 ACC诱导的 AtVQ成员表达谱
Fig. 4摇 Expression profiles of ACC induced AtVQ genes
1. AtVQ2; 2. AtVQ3; 3. AtVQ5; 4. AtVQ13; 5. AtVQ17;
6. AtVQ18; 7. AtVQ23; 8. AtVQ24; 9. AtVQ28; 10. AtVQ29
图 5摇 ABA处理后表达变化明显的 AtVQ成员表达谱
Fig. 5摇 Expression profiles of varied AtVQ genes after ABA treatment
1. AtVQ13; 2. AtVQ18; 3. AtVQ20; 4. AtVQ26;
5. AtVQ27; 6. AtVQ29
3155 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 林渊源和余迪求: 拟南芥 VQ基因家族响应抗性相关激素表达谱分析摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
图 6摇 受 SA诱导的 AtVQ成员表达谱
Fig. 6摇 Expression profiles of SA induced AtVQ genes
1. AtVQ3; 2. AtVQ8; 3. AtVQ10; 4. AtVQ12; 5. AtVQ18; 6. AtVQ19; 7. AtVQ20; 8. AtVQ21;
9. AtVQ22; 10. AtVQ23; 11. AtVQ24; 12. AtVQ28
成员 (AtVQ3, AtVQ12, AtVQ18, AtVQ20, AtVQ22,
AtVQ23) 能迅速响应 SA信号, 在 2 小时时表达
量最高, 以后再趋于稳定的诱导表达; AtVQ8,
AtVQ10, AtVQ21, AtVQ24, AtVQ28 这 5 个成员
的表达变化趋势相同, 在 8 h 内逐渐升高, 8 h
后有一定程度的下降; 而 AtVQ19 先趋于较稳定
的诱导表达, 处理 24 h 后才达到最高, 可能 At鄄
VQ19较慢响应 SA信号。 说明我们的研究能为探
索拟南芥 VQ基因家族成员功能提供一定的参考。
3摇 讨论
广泛存在于陆生植物中的 VQ蛋白是一类植
物特异性蛋白, 具有一个保守的 VQ鄄motif: FXh
VQ ChTG (pfam05678), X 为任一氨基酸, h 为
疏水性氨基酸 (Morikawa 等, 2002; Andreasson
等, 2005)。 据目前在拟南芥中已经鉴定的 34 个
成员的氨基酸序列, 用 MEGA4 构建了拟南芥
VQ家族系统进化树 (图 1)。 这 34 个成员聚集
成 2 大簇, 且有多个成员两两相聚, 其两者间序
列相似性很高。 已有文献表明 AtVQ23 即 SIB1 和
AtVQ16 即 SIB2 能识别 WRKY 域激活 WRKY33
的表达进而调控植物病原菌抗性 (Morikawa 等,
2002; Xie等, 2010; Lai等, 2011)。 而我们的表
达谱分析结果中也存在两两相聚的成员趋向响应
相同的激素信号的现象 (AtVQ2 和 AtVQ3 都响应
JA和 ET信号), 这就暗示紧密相聚的成员在功
能上可能也具相似性, 为我们进一步探究拟南芥
VQ基因家族成员功能提供便利。
目前 34 个 AtVQ 成员中有 5 个 AtVQ 基因
( AT2G35230, AT3G18690, AT2G41010, AT3G56710
和 AT2G41180) 的功能已有所研究。 研究表明某
些 AtVQ家族成员与 WRKY因子相互作用形成蛋
白复合物, 而植物特异的转录因子 WRKY 家族
蛋白广泛参与植物抗逆反应 ( Chen 等, 2010;
Pandey和 Somssich, 2009), 暗示 AtVQ 家族成员
可能也参与了抗逆反应。 植物激素不仅在植物的
生长发育过程中起重要作用, 在应对外界逆境时
也使植物能快速响应外界环境变化以更好的生
存。 近年来有关植物激素响应外界逆境的研究越
来越多, 如对 SA, JA, ET, ABA 发挥其功能的
信号通路和分子机制都有一定研究, 尤其是依赖
SA, JA, ET信号途径的抗生物胁迫反应, 其信
号网络分子机制比较明晰。 已得出抗病信号途径
的主要成员, 各信号的合成、 感受、 传导、 引发
415摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 植 物 分 类 与 资 源 学 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 第 34 卷
的防御反应基因以及作用于关键成员的一些调控
转录因子也都有一定研究, 如 SID2, COI1,
EIN2, NPR1, PR1, PDF1. 2, WRKY8 等。 但已
有的成果远远不够清晰描述植物具体的抗病分子
机制, 至今还没找到直接调控 JA 积累的基因;
JA、 ET具体通过什么路径引起下游防御基因的
表达等, 至于调控这些关键基因表达的转录因子
也需进一步研究。
我们的研究表明拟南芥 VQ基因家族中有 12
个成员 (AtVQ3, AtVQ8, AtVQ10, AtVQ12, AtVQ18,
AtVQ19, AtVQ20, AtVQ21, AtVQ22, AtVQ23,
AtVQ24, AtVQ28) 受 SA 诱导表达, 10 个成员
( AtVQ2, AtVQ3, AtVQ5, AtVQ18, AtVQ20, At鄄
VQ22, AtVQ23, AtVQ24, AtVQ26, AtVQ29 ) 受
JA 诱导, 10 个成员 ( AtVQ2, AtVQ3, AtVQ5,
AtVQ13, AtVQ17, AtVQ18, AtVQ23, AtVQ24,
AtVQ28, AtVQ29) 受 ACC 诱导。 这说明拟南芥
VQ基因家族中有多个成员响应植物激素信号,
有的成员还不止响应一种激素的刺激, 它们可能
参与了相应的激素信号途径, AtVQ 家族中可能
有多个成员位于 SA, JA, ET 抗病信号途径。
Xie等 (2010) 和 Lai 等 (2011) 的研究表明
AtVQ23 即 SIB1 可能介导 SA和 JA抗病信号途径
的交叉作用, 而我们的结果中 AtVQ23 受 SA 诱
导上调 14 倍, JA诱导上调 60 倍, 受 ACC 诱导
上调 41 倍, 推测其也可能与 ACC 信号介导的交
互作用有关。 越来越多的证据表明依赖于 SA、
JA和 ET 的防御途径的成员能够互相影响: SA
依赖型反应路径与 JA 依赖型反应路径间通常相
互拮抗, 有时也发生协同作用 ( Takahashi 等,
2004; Leon鄄Reyes 等, 2010)。 SA, JA 和 ET 信
号途径广泛的交互作用在我们的研究中也能得到
印证。 我们的研究表明有多个成员分别单独只受
SA或 JA 的诱导, 也有部分成员 (AtVQ3, At鄄
VQ18, AtVQ20, AtVQ22, AtVQ23, AtVQ24) 同时
受 SA和 JA的诱导 (图 2, 3), 暗示了其拮抗和
协同作用的可能。 多数情况下, JA / ET信号路径
之间相互作用是协同的 ( Shinshi 和 Hideaki,
2008)。 我们的研究表明 34 个基因中分别有 10
个受 JA和 ACC诱导 (图 3, 4), 而受这两种激
素同时诱导的基因竟然高达 7 个 (AtVQ2, At鄄
VQ3, AtVQ5, AtVQ18, AtVQ23, AtVQ24, AtVQ29),
这就侧面验证了其广泛的协同作用。 ET / SA 信
号间也存在广泛的协同互作 ( Leon鄄Reyes 等,
2010), AtVQ3, AtVQ18, AtVQ23 和 AtVQ24 同时
受 SA, JA, ET诱导, 这更印证了各信号途径的
交互作用。 这就为我们进一步探索 AtVQ 基因功
能提供依据, 也对进一步丰富和完善 SA, JA,
ET信号调控网络意义重大。
ABA作为一种植物激素, 在植物生物胁迫
和非生物胁迫的互作关系中都发挥广泛作用。
Perruc等 (2004) 的研究已表明 AtVQ15 能参与
调控非生物胁迫逆境, 在我们的实验中 AtVQ15
不受 ABA诱导, 也就从侧面验证了 Perruc 等的
研究, 即 AtVQ15 并不是通过 ABA介导的抗逆途
径来参与调控非生物胁迫逆境, 而是可能参与到
Ca2+信号介导的抗逆途径。 我们外施 0. 1 mmol·
L-1的 ABA 8 小时后发现 34 个成员中只有 AtVQ27
表达量显著上升, 这可能是由于其在 ABA 信号
调控网络中的作用可能本来就不明显, 也可能是
由于实验设置不完善, 比如浓度及诱导时间不合
理使得表达差异不能反映。 而 AtVQ27 受 ABA强
烈诱导暗示其可能在 ABA信号途径中起作用。
我们的研究表明 AtVQ 基因强烈响应抗性相
关激素信号, 有多个成员在 SA, JA, ET 作用下
反应明显, 可能丰富了 SA, JA, ET 抗病信号网
络。 AtVQ基因在 ABA 信号途径中也可能有作
用。 但我们的研究只提供了探索 AtVQ 基因功能
的有限线索, 其具体分子机制需进一步研究, 在
其它方面的功能也有待进一步挖掘。
也参摇 考摇 文摇 献页
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615摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 植 物 分 类 与 资 源 学 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 第 34 卷
附图 1摇 SA处理后表达变化不明显的 AtVQ成员表达谱
Appendix Fig. 1摇 Expression profiles of invariable AtVQ genes after SA treatment
1. AtVQ1; 2. AtVQ2; 3. AtVQ4; 4. AtVQ5; 5. AtVQ6; 6. AtVQ7; 7. AtVQ9; 8. AtVQ11; 9. AtVQ13; 10. AtVQ14; 11. AtVQ15; 12. AtVQ16;
13. AtVQ17; 14. AtVQ25; 15. AtVQ26; 16. AtVQ27; 17. AtVQ29; 18. AtVQ30; 19. AtVQ31; 20. AtVQ32; 21. AtVQ33; 22. AtVQ34
附图 2摇 JA处理后表达变化不明显的 AtVQ成员表达谱
Appendix Fig. 2摇 Expression profiles of invariable AtVQ genes after JA treatment
1. AtVQ1; 2. AtVQ4; 3. AtVQ6; 4. AtVQ7; 5. AtVQ8; 6. AtVQ9; 7. AtVQ10; 8. AtVQ11; 9. AtVQ12; 10. AtVQ13; 11. AtVQ14; 12. AtVQ15; 13. At鄄
VQ16; 14. AtVQ17; 15. AtVQ19; 16. AtVQ21; 17. AtVQ25; 18. AtVQ27; 19. AtVQ28; 20. AtVQ30; 21. AtVQ31; 22. AtVQ32; 23. AtVQ33; 24. AtVQ34
附图 3摇 ACC处理后表达变化不明显的 AtVQ成员表达谱
Appendix Fig. 3摇 Expression profiles of invariable AtVQ genes after ACC treatment
1. AtVQ1; 2. AtVQ4; 3. AtVQ6; 4. AtVQ7; 5. AtVQ8; 6. AtVQ9; 7. AtVQ10; 8. AtVQ11; 9. AtVQ12; 10. AtVQ14; 11. AtVQ15; 12. AtVQ16;
13. AtVQ19; 14. AtVQ20; 15. AtVQ21; 16. AtVQ22; 17. AtVQ26; 18. AtVQ27; 19. AtVQ30; 20. AtVQ31; 21. AtVQ32; 22. AtVQ33; 23. AtVQ34
7155 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 林渊源和余迪求: 拟南芥 VQ基因家族响应抗性相关激素表达谱分析摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
附图 4摇 ABA处理后表达变化不明显的 AtVQ成员表达谱
Appendix Fig. 4摇 Expression profiles of invariable AtVQ genes after ABA treatment
1. AtVQ1; 2. AtVQ2; 3. AtVQ3; 4. AtVQ4; 5. AtVQ5; 6. AtVQ6; 7. AtVQ7; 8. AtVQ8; 9. AtVQ9; 10. AtVQ10; 11. AtVQ11;
12. AtVQ12; 13. AtVQ14; 14. AtVQ15; 15. AtVQ16; 16. AtVQ17; 17. AtVQ19; 18. AtVQ21; 19. AtVQ22; 20. AtVQ23;
21. AtVQ24; 22. AtVQ25; 23. AtVQ28; 24. AtVQ30; 25. AtVQ31; 26. AtVQ32; 27. AtVQ33; 28. AtVQ34
附表 1摇 拟南芥 AtVQ基因家族各成员引物表
Appendix table 1摇 Primers of AtVQ genes
序号 基因名称 引物序列
AtVQ1 AT1G17147 5忆鄄TGAGATCTGAACCGATGAAGG鄄3忆; 5忆鄄ACGACTGCGTTTTTACCTGTG鄄3忆
AtVQ2 AT1G21320 5忆鄄TTTCACCATGCTGGGATTTTA鄄3忆; 5忆鄄TACCTTCTTGTGGATCGGTTG鄄3忆
AtVQ3 AT1G21326 5忆鄄TACCATTGAAAGTCCGTGGAG鄄3忆; 5忆鄄GTTCTTGCTGATGGGTTTGTG鄄3忆
AtVQ4 AT1G28280 5忆鄄ATTCAGCTTTCTCTCCCCGTA鄄3忆; 5忆鄄ATCAAACGGGTCGGGTATAAG鄄3忆
AtVQ5 AT1G32585 5忆鄄CGACCAACTAAACGCTGACTC鄄3忆; 5忆鄄AAGGCTTTTGAAGTCGTTCTTG鄄3忆
AtVQ6 AT1G32610 5忆鄄TGGAGACCAGTTTGGGTCTAA鄄3忆; 5忆鄄GGCTGCATTTGGTTTTCATTA鄄3忆
AtVQ7 AT1G35830 5忆鄄TCTCATCTCCGACGACATTCT鄄3忆; 5忆鄄TTTTCTAGGGTTTCGGGAAGA鄄3忆
AtVQ8 AT1G68450 5忆鄄GAATCCCACACCATCAAGAAA鄄3忆; 5忆鄄TGGATCACTTTTGGAGAATGC鄄3忆
AtVQ9 AT1G78310 5忆鄄AATCACCGGTCTCTTCGTACAT鄄3忆; 5忆鄄GAGGTGAGACCAAAGGAGCTAA鄄3忆
AtVQ10 AT1G78410 5忆鄄TCGGTGAAGATACCAGACAGC鄄3忆; 5忆鄄TCTTCCATGTGAGGCATCTCT鄄3忆
AtVQ11 AT1G80450 5忆鄄CGTCTCTCACCTAGACCCATTC鄄3忆; 5忆鄄CGGAAGGAAGTAGAACCCTTTTT鄄3忆
AtVQ12 AT2G22880 5忆鄄TCACTTCATTCGACCCGTAAG鄄3忆; 5忆鄄TGCACCAGTTAGCCTCTGAAC鄄3忆
AtVQ13 AT2G33780 5忆鄄GAGCTTCGATGATGACCAAGA鄄3忆; 5忆鄄GAGAAGTCGAGGCTCCGTATC鄄3忆
AtVQ14 AT2G35230 5忆鄄CCTCTCCCATGTTCAGTCAGA鄄3忆; 5忆鄄TATTCGGGTAACCGGTAGGAG鄄3忆
AtVQ15 AT2G41010 5忆鄄TATATCGCCAAGGTTTCAACG鄄3忆; 5忆鄄ATCGAAGAAAGCAGAGGAAGG鄄3忆
AtVQ16 AT2G41180 5忆鄄TCATCATCGTCTCCGACTAGG鄄3忆; 5忆鄄TCTCGACTCTCATCGGATTTG鄄3忆
AtVQ17 AT2G42140 5忆鄄GGTTCTTGAACGGGTTAGGAG鄄3忆; 5忆鄄TGTAAGTGGGAGGAAGAAGCA 鄄3忆
AtVQ18 AT2G44340 5忆鄄AAGAAGAGTGGGGATCAGGTG鄄3忆; 5忆鄄TCTCATGGGAAACGAAGAGAA鄄3忆
AtVQ19 AT3G15300 5忆鄄GCGGATTTAACAACAACCTCA鄄3忆; 5忆鄄AGCTAGGCGACAAAATCTCCT鄄3忆
AtVQ20 AT3G18360 5忆鄄CGGAGAACATGGACAGGTTAAT鄄3忆; 5忆鄄GGAAAATCGGAAATGTCGGTA鄄3忆
AtVQ21 AT3G18690 5忆鄄AGATCTGTGGTCCTCGTCCTT鄄3忆; 5忆鄄ACCACCGGCTCTCTAGGAATA鄄3忆
AtVQ22 AT3G22160 5忆鄄AAACTGGCCGTGTAACCAAG鄄3忆; 5忆鄄GCCAGTGTATTGCTGAACCA鄄3忆
AtVQ23 AT3G56710 5忆鄄AAAACCATCTCCGGTTTCAAG鄄3忆; 5忆鄄TTTGAACTCTCATGGGGTTTG鄄3忆
AtVQ24 AT3G56880 5忆鄄CATCGATTCGTGGCTACTCTC鄄3忆; 5忆鄄AGGAGATGATTCGGTGGAAGT鄄3忆
AtVQ25 AT3G58000 5忆鄄GAGAACCCGAGCATTGTGAT鄄3忆; 5忆鄄CCATTCAAGAACCCTCCAGA鄄3忆
AtVQ26 AT3G60090 5忆鄄AGAACATACGGCTGAACTGGA鄄3忆; 5忆鄄AGATCGATCAAACCGTCAAAA鄄3忆
AtVQ27 AT4G15120 5忆鄄ACACTTTTCAACACCGACACAG鄄3忆; 5忆鄄TTGCCAAGGAGAGGAAGATACTC鄄3忆
AtVQ28 AT4G20000 5忆鄄AAACGCAAACCCTAGCAATTT鄄3忆; 5忆鄄AGACCCGAAATCCAAAGTCAC鄄3忆
AtVQ29 AT4G37710 5忆鄄CACAAGGGCAACGAAAAATTA鄄3忆; 5忆鄄GACATGAGGATGCATTGGATT鄄3忆
AtVQ30 AT4G39720 5忆鄄TCTTCTTCGCCAAACACTTACA鄄3忆; 5忆鄄GCAGATTCATATCCTCGAAACC鄄3忆
AtVQ31 AT5G08480 5忆鄄ATGTATGAGGCCAAAGCTTGA鄄3忆; 5忆鄄GTGCCCACTGGACTTGTTAAA鄄3忆
AtVQ32 AT5G46780 5忆鄄GTCACATCAAACCGGTCCTAA鄄3忆; 5忆鄄GCAAAATTGGGTGAGAACAAA鄄3忆
AtVQ33 AT5G53830 5忆鄄TTTCCGAAGCTAGGGCTAAAC鄄3忆; 5忆鄄TCAGCAATGGCTTTGTCTTCT鄄3忆
AtVQ34 AT5G65170 5忆鄄CCTCGAGCTTGAGAACGAGTA鄄3忆; 5忆鄄TTTAGGGTTGGCTGTGTCATC鄄3忆
815摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 植 物 分 类 与 资 源 学 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 第 34 卷