全 文 ：植物资源与环境学报 2013，22(1) :8－13
Journal of Plant Resources and Environment
十字花科植物 FAE1 基因的克隆与功能验证
庞 慧，李 莹，李密密，严琴琴，杭悦宇①，孙小芹①
〔江苏省·中国科学院植物研究所(南京中山植物园)江苏省植物迁地保护重点实验室，江苏 南京 210014〕
摘要:对十字花科(Brassicaceae)植物非洲芥菜(Brassica tournefortii Gouan)、埃塞俄比亚芥(B． carinata A． Braun)、
短喙芥(B． elongata Ehrhart)、芝麻菜〔Eruca vesicaria subsp． sativa (Miller) Thellung〕、野萝卜(Raphanus
raphanistrum Linn．)、Crambe filiformis Jacq．、菥蓂(Thlaspi arvense Linn．)、臭荠〔Coronopus didymus (Linn．)Smith〕、荠
〔Capsella bursa-pastoris (Linn．)Medikus〕和小花碎米荠(Cardamine parviflora Linn．)的 FAE1 基因进行了克隆、序列比
对及功能验证。结果显示:上述前 6 种 1 亚种的 FAE1 基因长度均为 1 521 bp，臭荠的 FAE1 基因长度为 1 517 bp，
荠和小花碎米荠的 FAE1 基因长度为 1 518 bp，GenBank登录号为 JX898749—JX898758;它们的序列相似性较高，相
似度达 89%;对位排列矩阵长度 1 521 bp，其中包含保守位点 1 051 个(69． 1%)、变异位点 470 个(30． 9%)和简约
信息位点 232 个(15． 3%) ;臭荠、荠和小花碎米荠的 FAE1 序列在第 132 位分别缺失 3 个碱基，臭荠的 FAE1 基因在
第 515 位缺失 1 个碱基。虽然荠和小花碎米荠的 FAE1 基因编码 505 个氨基酸、臭荠的 FAE1 基因仅编码 186 个氨
基酸、其他种类的 FAE1 基因均编码 506 个氨基酸，但它们的氨基酸序列相似度高达 88． 9%;各种类的氨基酸序列
存在 151 个变异位点，其中有 6 个变异位点与种子芥酸含量相关。Western blot 及气相色谱分析结果表明:各种类
的 FAE1 基因在酵母中均能表达出预期的蛋白产物;在臭荠和小花碎米荠 FAE1 基因的转化酵母细胞中无芥酸积
累，而在其他种类 FAE1 基因的转化酵母细胞中均有芥酸积累;此外，除荠外的其他 8 种 1 亚种植物的种子芥酸含
量与转化酵母细胞中的芥酸含量正相关。
关键词:十字花科;FAE1 基因;克隆;功能验证;芥酸含量
中图分类号:Q785;Q943． 2 文献标志码:A 文章编号:1674－7895(2013)01－0008－06
DOI:10． 3969 / j． issn． 1674－7895． 2013． 01． 02
Cloning and function verification of FAE1 gene in some species of Brassicaceae PANG Hui，LI
Ying，LI Mimi，YAN Qinqin，HANG Yueyu①，SUN Xiaoqin① (Jiangsu Province Key Laboratory for
Plant Ex-situ Conservation，Institute of Botany，Jiangsu Province and the Chinese Academy of Sciences，
Nanjing 210014，China) ，J． Plant Resour． ＆ Environ． 2013，22(1) :8－13
Abstract:Cloning，sequence alignment and function verification of FAE1 gene from Brassicaceae species
including Brassica tournefortii Gouan，B． carinata A． Braun，B． elongata Ehrhart，Eruca vesicaria
subsp． sativa (Miller)Thellung，Raphanus raphanistrum Linn．，Crambe filiformis Jacq．，Thlaspi arvense
Linn．，Coronopus didymus (Linn．) Smith，Capsella bursa-pastoris (Linn．)Medikus and Cardamine
parviflora Linn． were carried out． The results show that the length of FAE1 gene from the front six species
and one subspecies about mentioned all is 1 521 bp，that from Coronopus didymus is 1 517 bp，and that
from Capsella bursa-pastoris and Cardamine parviflora is 1 518 bp，their GenBank accession number is
from JX898749 to JX898758． Their sequences have higher similarity with a degree of 89% similarity． In
the 1 521 bp alignment matrix，there are 1 051 conserved sites (69． 1%) ，470 variable sites (30． 9%)
and 232 parsimony informative sites (15． 3%)． Sequence of FAE1 gene from Coronopus didymus，
Capsella bursa-pastoris and Cardamine parviflora deletes three bases in the 132nd position，respectively
and that from Coronopus didymus also deletes one base in the 515th position． Although，FAE1 gene from
Capsella bursa-pastoris and Cardamine parviflora encodes 505 amino acids，that from Coronopus didymus
收稿日期:2012－10－18
基金项目:江苏省自然科学基金资助项目(BK2010476) ;江苏省植物迁地保护重点实验室开放基金项目(迁 201202)
作者简介:庞 慧(1987—) ，女，吉林吉林人，硕士研究生，主要从事植物功能基因克隆与进化研究。
①通信作者 E-mail:hangyueyu@ yahoo． com． cn;sunxiaoqin． njbio@ gmail． com
encodes only 186 amino acids，and that from other species all encodes 506 amino acids，but the similarity
of these amino acid sequences is up to 88． 9% ． There are 151 variable sites among amino acid
sequences，in which，6 variable sites are related with erucic acid content in seed． Analysis results of
Western blot and gas chromotography show that FAE1 gene from each species can express the expected
protein product in transformed yeast cell． And there is no erucic acid accumulation in transformed yeast
cell of FAE1 gene from Coronopus didymus and Cardamine parviflora， but there is erucic acid
accumulation in all transformed yeast cells of FAE1 gene from the other species． In addition，except
Capsella bursa-pastoris，there is a positive correlation in erucic acid content between seed and transformed
yeast cell of FAE1 gene from other eight species and one subspecies．
Key words:Brassicaceae;FAE1 gene;cloning;function verification;erucic acid content
FAE1 基因是第 1 个被发现的调控芥酸等超长链
脂肪酸合成的关键基因［1］，该基因主要通过编码 β－
酮酯酰 CoA合酶(KCS)控制芥酸合成［1－2］，同时也在
蜡质及鞘脂类等超长链脂肪酸的合成中起重要作
用［3］。FAE1 基因最初克隆自拟南芥〔Arabidopsis
thaliana (Linn．)Hey．〕［4］，其后主要克隆自十字花科
(Brassicaceae)植物，如从甘蓝型油菜(Brassica napus
Linn．)、白菜型油菜(B． campestris Linn．)、芥菜型油菜
(B． juncea Linn．)、黑芥(B． nigra Linn．)、白芥(Sinapis
alba Linn．)和中欧芥〔Teesdalia nudicaulis (Linn．)R．
Br．〕等种类中均获得 FAE1 基因［5－10］。虽然不同种类
的 FAE1 基因在长度与序列上存在差异，但均无内含
子。目前，FAE1 基因的克隆方法主要有转座子标签
法、探针法及 EcoTILLING 法(ecotype targeting induced
local lesions in genomes)等［4，7，11］，其中最常见的方法
为同源序列扩增法［8，10］。
FAE1 基因的功能验证主要包括酵母与植物转基
因验证，这些研究大多也在十字花科植物中进行。酵
母中脂肪酸延长酶活性很低，只能合成微量的超长链
脂肪酸，是研究 FAE1 编码蛋白活性的常用体
系［12－13］。Millar等［14］将拟南芥的 FAE1 基因转化到
酵母中，发现随着 FAE1 基因的表达长链脂肪酸在酵
母中累积;而将诸葛菜〔Orychophragmus violaceus
(Linn．)O． E． Schulz〕和荠〔Capsella bursa-pastoris
(Linn．)Medikus〕2 种零芥酸种类的 FAE1 基因转化
到酵母中，虽然都能表达出预期的蛋白产物，但却无
长链脂肪酸的累积［9，15］;中欧芥及海甘蓝(Crambe
abyssinica Hochst． ex R． E． Fr．)的栽培品种‘Prophet’
的 FAE1 基因功能除了在酵母中得到验证，还被转化
至拟南芥中，同样发现该基因能显著促进长链脂肪酸
的累积［16－17］。此外，将拟南芥的 FAE1 基因转化到烟
草(Nicotiana tabacum Linn．)中，随 FAE1 基因的表达
长链脂肪酸在烟草中累积;在拟南芥中过量表达
FAE1 基因，其长链脂肪酸含量也明显提高［14］。由此
可见，虽然十字花科种类很多，但 FAE1 基因的克隆与
功能验证研究主要集中于芸薹属(Brassica Linn．)植物
及拟南芥，而在其他十字花科植物中 FAE1 基因的特
性尚未见研究报道。
鉴于此，作者对十字花科 8 属 9 种 1 亚种的
FAE1 基因进行了克隆、比对及功能验证，以期对十字
花科植物中 FAE1 基因存在的普遍性及功能的相似性
进行探讨。
1 材料和方法
1． 1 材料
供试的十字花科 8 属 9 种 1 亚种包括芸薹属的
非洲芥菜(B． tournefortii Gouan，原产地印度)、埃塞俄
比亚芥(B． carinata A． Braun，原产地加拿大)和短喙
芥(B． elongata Ehrhart，原产地伊朗) ;芝麻菜属
(Eruca Miller)的芝麻菜〔E． vesicaria subsp． sativa
(Miller)Thellung，原产地波兰〕;萝卜属(Raphanus
Linn．)的野萝卜(R． raphanistrum Linn．，原产地印度) ;
两节荠属(Crambe Linn．)的 C． filiformis Jacq．(原产地
加拿大) ;菥蓂属(Thlaspi Linn．)的菥蓂(T． arvense
Linn． 原产地波兰) ;臭荠属(Coronopus Zinn)的臭荠
〔C． didymus (Linn．)Smith，原产地中国江苏〕;荠属
(Capsella Medikus)的荠〔C． bursa-pastoris (Linn．)
Medikus，原产地中国江苏〕;碎米荠属(Cardamine
Linn．)的小花碎米荠(C． parviflora Linn．，原产地中国
江苏)。其中，非洲芥菜、埃塞俄比亚芥和 C． filiformis
种子由加拿大植物种质资源库(Plant Gene Resources
of Canada，PGRC)提供，短喙芥、芝麻菜、野萝卜和菥
蓂种子由美国种质资源库(Germplasm Resources
9第 1 期 庞 慧，等:十字花科植物 FAE1 基因的克隆与功能验证
Information Network，GRIN)提供;臭荠、荠和小花碎米
荠种子均采自南京中山植物园。种子萌发后栽培于
本所种质圃，幼苗长出后采集新鲜幼嫩叶片备用。
1． 2 方法
1． 2． 1 FAE1 基因的克隆与序列分析 按改良的
CTAB法［18］从叶片中提取基因组 DNA。在引物 TF /
TR［16］两侧分别加上 KpnI 与 BamHI 酶切位点，合成
TFK 引物(序列为 5 －CGGGGTACCGCAATGACGTCC
GTTAAC－3)和 TRB 引物(序列为 5 －CGCGGATCC
GGACCGACCGTTTTGGAC－3)。使用 TFK和 TRB 引
物对各种类的 FAE1 基因进行扩增。
用 PE－9700 型 PCR 仪(Perkin Elmer 公司生产)
进行 PCR反应。扩增体系总体积 20 μL，包含 2． 0 μL
10×PCR buffer、0． 2 mmol·L－1 dNTPs、2． 0 mmol·L－1
Mg2+、0． 2 μmol·L－1 引物、0． 4 U Taq DNA 聚合酶和
20 ng模板 DNA，以灭菌双蒸水补足至 20 μL。PCR
反应程序为:95 ℃预变性 3 min;95 ℃变性 30 s，53 ℃
退火 40 s，72 ℃ 延伸 1 min，共 35 个循环;最后于
72 ℃保温 7 min，4 ℃保存。PCR 产物用质量体积分
数 0． 8%的琼脂糖凝胶(含 0． 5 μg·mL－1 1×EB)电泳
约 1 h，用 WV－BP330 凝胶扫描分析系统(江苏捷达
科技发展有限公司生产)进行观察和拍照。按
AxyPrep DNA 凝胶回收试剂盒方法将扩增产物进行
割胶纯化，按 pMD19－T 载体试剂盒方法将纯化产物
连接到 pMD19－T 载体〔购自宝生物工程(大连)有限
公司〕上，通过 PCR筛选的阳性克隆交上海华大基因
有限公司进行测序。
用 Sequencher软件对测序峰图进行编辑和拼接，
采用 Clustal W软件进行序列比对分析，用 MEGA5． 1
软件对 DNA和蛋白质序列的同源性进行比较。
1． 2． 2 FAE1 基因的酵母转化和表达分析 酵母转
化及培养参照文献［12］进行。用 BamHI /KpnI 双酶
切 pMD19－T重组载体，将目的片段连接到酵母表达
载体 pYES2 /NT C(Invitrogen出品)上，位于载体半乳
糖诱导表达启动子的下游，通过表达产生 N末端融合
了(His)6Gly标签的融合蛋白;以空载体 pYES2 /NT C
作为阴性对照，转化到酵母菌株 InvSc1 中，并在含质
量体积分数 2% 葡萄糖但不含尿嘧啶的培养基上
(SC－ura)进行暗培养并筛选。转化的酵母细胞接种
到含质量体积分数 2%葡萄糖的 SC－ura 液体培养基
中，于 28 ℃条件下振荡暗培养过夜;用含质量体积分
数 2%半乳糖的 SC－ura 液体培养基将其稀释到
OD600 = 0． 02，并继续振荡暗培养至 OD600 = 1． 4;将酵
母培养物分为等量的 2 份，分别用于 Western blot 分
析及气相色谱分析。
1． 2． 3 Western blot 分析 用酵母蛋白提取试剂盒
(南京凯基公司，Cat No． KGP650)提取酵母细胞总蛋
白，然后用 HisBind resin纯化蛋白。参照文献［12］进
行Western blot 分析，采用 10% SDS－PAGE凝胶电泳，
蛋白质分子量标准为 PageRuler Prestained Protein
Ladder (Fermentas公司出品)。将分离的蛋白转移到
硝酸纤维素膜上进行 Western blot 分析，然后用一抗
HisG抗体和碱性磷酸酶标记的二抗羊抗兔 IgG检测，
最后显色。
1． 2． 4 气相色谱分析 酵母细胞的脂肪酸分析参照
文献［12］进行。酵母细胞用超纯水洗涤 2 次;然后用
质量体积分数 10% KOH－体积分数 95%甲醇的混合
溶液于 80 ℃皂化反应 2 h，反应结束后置于冰上冷
冻，再用正己烷洗涤以去除未皂化物;剩余水相用
6 mol·L－1 HCl 酸化。用正己烷萃取游离脂肪酸，减
压浓缩以去除多余溶剂;游离脂肪酸用含 1% H2SO4
的甲醇溶液 2 mL于 60 ℃条件下甲基化 1 h;然后用
正己烷萃取脂肪酸甲酯，减压去除溶剂，剩余物用于
气相色谱分析，脂肪酸含量采用峰面积归一法计算。
2 结果和分析
2． 1 FAE1 基因的克隆和序列分析
用引物 TFK /TRB 对供试的 9 种 1 变种的 FAE1
基因进行扩增，均得到 Rf 值相等的单一条带，其中，
芝麻菜、Crambe filiformis、野萝卜、菥蓂、非洲芥菜、埃
塞俄比亚芥和短喙芥的 FAE1 序列长度均为 1 521
bp，臭荠的 FAE1 序列长度为 1 517 bp，荠和小花碎米
荠的 FAE1 序列长度为 1 518 bp。所有种类的 FAE1
基因序列已在 GenBank 上登录，非洲芥菜、埃塞俄比
亚芥、短喙芥、芝麻菜、野萝卜、Crambe filiformis、菥蓂、
臭荠、荠和小花碎米荠的登录号分别为 JX898749、
JX898750、JX898751、JX898752、JX898753、JX898754、
JX898755、JX898756、JX898757 和 JX898758。
供试的 9 种 1 亚种的 FAE1 序列相似性较高，相
似度达 89%。比对分析结果表明:对位排列矩阵长度
为 1 521 bp，其中，保守位点 1 051 个，占序列总长度
的 69． 1%;变异位点 470 个，占总长度的 30． 9%;简
约信息位点 232 个，占总长度的 15． 3%。臭荠、荠和
01 植 物 资 源 与 环 境 学 报 第 22 卷
小花碎米荠的 FAE1 序列在第 132 位均缺失 3 个碱
基，臭荠的 FAE1 序列在第 515 位缺失 1 个碱基。
基于拟南芥的 FAE1 序列(GenBank 登录号 NM_
119617． 2) ，将供试种类的 FAE1 基因序列翻译成氨基
酸序列，获得的氨基酸序列长度存在差异，但绝大部
分编码完整。芝麻菜、Crambe filiformis、野萝卜、菥蓂、
非洲芥菜、埃塞俄比亚芥和短喙芥的 FAE1 基因编码
506 个氨基酸，荠与小花碎米荠的编码 505 个氨基酸;
而臭荠由于在 515 bp 处缺失 1 个碱基，导致其 FAE1
基因编码的氨基酸序列提前终止，仅编码 186 个氨基
酸。比对分析结果显示:供试 9 种 1 亚种的 FAE1 基
因编码的氨基酸序列也高度相似，相似度达 88． 9%;
各种类的氨基酸序列间存在 151 个变异位点，其中有
6 个位点与种子芥酸相对含量有关(表 1)。
2． 2 FAE1 基因功能的验证
2． 2． 1 Western blot分析结果 将供试 9 种 1 亚种的
FAE1 基因所构建的表达载体转化至酵母中，经
Western blot 分析，发现它们的 FAE1 基因在酵母中均
表达出预期的蛋白产物，且编码蛋白的分子量相似，
相对分子质量均为 60 000 左右。其中臭荠的 FAE1
基因由于移码突变只编码包含 186 个氨基酸的蛋白
质，但实际上转化至酵母中仍可表达出分子量正常的
蛋白产物;而从含有 pYES2 /NT C 空载体的酵母菌株
(对照)中则未检测出目标蛋白(图 1)。
表 1 十字花科植物 FAE1 基因编码的氨基酸序列变异位点与其种子芥酸相对含量的对应分析
Table 1 Corresponding analysis of variable site of amino acid sequence encoded by FAE1 gene from Brassicaceae species to relative content of
erucic acid in seed
种类
Species
种子芥酸相对含量 /% 1)
Relative content of
erucic acid in seed1)
氨基酸序列变异位点2) Variable site of amino acid sequence2)
14 22 45 56 106 122 188 286
非洲芥菜 Brassica tournefortii 48． 08 I F Y I V W V R
埃塞俄比亚芥 Brassica carinata 42． 53 I F Y I V W V R
短喙芥 Brassica elongata 46． 41 I F Y I V W V R
芝麻菜 Eruca vesicaria subsp． sativa 37． 79 I F Y I V W V R
野萝卜 Raphanus raphanistrum 32． 75 I F H I V W V R
Crambe filiformis 32． 75 I F Y I V W V R
菥蓂 Thlaspi arvense 55． 82 I F Y I V W V R
臭荠 Coronopus didymus 1． 30 L L － V I S *
荠 Capsella bursa-pastoris 0． 61 L L － V I S V G
小花碎米荠 Cardamine parviflora 0． 00 L L － V I S V G
1)种子芥酸相对含量数据来源于文献［15］Data of relative content of erucic acid in seed is from Reference［15］．
2)－:表示氨基酸缺失 Representing deletion of amino acids;* :显示编码区提前终止 Representing the pre-stop codon in coding region;I:异亮氨酸
Isoleucine;L:亮氨酸 Leucine;F:苯丙氨酸 Phenylalanine;Y:络氨酸 Tyrosine;H:组氨酸 Histidine;V:缬氨酸 Valine;W:色氨酸
Tryptophan;S:丝氨酸 Serine;R:精氨酸 Arginine;G:甘氨酸 Glycine．
M:Marker;1:pYES2 /NT C(CK) ;2:小花碎米荠 Cardamine parviflora Linn．;3:荠 Capsella bursa-pastoris (Linn．)Medikus;4:臭荠 Coronopus
didymus (Linn．)Smith;5:短喙芥 Brassica elongata Ehrhart;6:埃塞俄比亚芥 B． carinata A． Braun;7:非洲芥菜 B． tournefortii Gouan;8:菥蓂
Thlaspi arvense Linn．;9:野萝卜 Raphanus raphanistrum Linn．;10:Crambe filiformis Jacq．;11:芝麻菜 Eruca vesicaria subsp． sativa (Miller)Thellung．
图 1 十字花科植物 FAE1 基因的转化酵母细胞中表达产物的Western blot分析结果
Fig． 1 Analysis result of Western blot of expression product in transformed yeast cell of FAE1 gene from Brassicaceae species
2． 2． 2 气相色谱分析结果 用气相色谱法分析各种
类 FAE1 基因转化酵母中的芥酸含量，结果见表 2。
由表 2 可见:在作为对照的含 pYES2 /NT C 空载体的
酵母细胞中没有检测出芥酸，而在非洲芥菜、埃塞俄
比亚芥、短喙芥、菥蓂、芝麻菜、野萝卜、C． filiformis 和
荠 FAE1 基因的转化酵母细胞中均有芥酸积累，其中
11第 1 期 庞 慧，等:十字花科植物 FAE1 基因的克隆与功能验证
在荠 FAE1 基因的转化酵母细胞中芥酸相对含量最
高，达 4． 63%;而在臭荠和小花碎米荠 FAE1 基因的
转化酵母细胞中芥酸相对含量均为 0． 00%。
表 2 十字花科植物 FAE1 基因转化酵母细胞中芥酸相对含量的比较
Table 2 Comparison of relative content of erucic acid in transformed
yeast cell of FAE1 gene from Brassicaceae species
FAE1 基因来源种类
Source species of FAE1 gene
芥酸相对含量 /%
Relative content of erucic acid
非洲芥菜 Brassica tournefortii 2． 33±0． 38
埃塞俄比亚芥 Brassica carinata 0． 27±0． 24
短喙芥 Brassica elongata 1． 52±0． 13
芝麻菜 Eruca vesicaria subsp． sativa 0． 43±0． 15
野萝卜 Raphanus raphanistrum 2． 50±0． 06
Crambe filiformis 0． 75±0． 17
菥蓂 Thlaspi arvense 0． 76±0． 14
臭荠 Coronopus didymus 0． 00±0． 00
荠 Capsella bursa-pastoris 4． 63±0． 49
小花碎米荠 Cardamine parviflora 0． 00±0． 00
pYES2 /NT C(CK) 0． 00±0． 00
3 讨论和结论
3． 1 FAE1 基因编码的氨基酸序列与转化酵母细胞
中芥酸含量的关系
前人对拟南芥及油菜突变体的研究结果［19］显
示:在 FAE1 基因编码的氨基酸序列中有 11 个位点的
任何一个发生突变，会导致高芥酸种类(通常种子中
芥酸含量大于 30%的为高芥酸种类，芥酸含量小于
10%的为低芥酸种类［12］)的 FAE1 基因转化酵母细胞
中芥酸含量为 0，这 11 个位点是 6 个半胱氨酸位点
(Cys84、Cys223、Cys270、Cys312、Cys389 和 Cys460)、4
个组氨酸位点(His302、His387、His391 和 His420)及
丝氨酸 /苯丙氨酸位点(Ser /Phe282)。但武玉花等［9］
的研究结果显示:这 11 个位点未发生任何变异，推测
其他氨基酸位点的变异也与 FAE1 基因转化酵母的芥
酸含量相关。本研究结果与武玉花等的结果基本一
致，在本研究涉及的高、低芥酸种类中这 11 个位点也
并未有任何变异，说明这 11 个位点的进化十分保守。
而前人有关脂肪酸延长酶活性位点的研究是在遗传
背景一致的材料间(如同种的不同品种间)进行的，因
而在不同的物种间这些变异并不稳定。在本研究中，
由 FAE1 编码的氨基酸序列的 151 个变异位点中有 6
个氨基酸变异位点与转化酵母的芥酸含量相关，如第
14 位氨基酸残基在转化酵母有芥酸积累的埃塞俄比
亚芥等 7 种植物中为异亮氨酸，而在转化酵母无芥酸
积累的臭荠和小花碎米荠中为亮氨酸，同样的情形还
可见于第 22 位的苯丙氨酸 /亮氨酸、第 56 位的异亮
氨酸 /缬氨酸、第 106 位的缬氨酸 /异亮氨酸、第 122
位的色氨酸 /丝氨酸、第 286 位的精氨酸 /甘氨酸，因
此，这 6 个氨基酸位点的变异可能是导致转化酵母无
芥酸积累的原因之一，当然，这一结论还有待于采用
定点突变实验加以验证。
从序列上看，由于移码突变，臭荠的 FAE1 基因只
编码 186 个氨基酸，但在转化酵母中仍可表达出分子
量正常的蛋白产物，这也许是由于基因本身的终止密
码子比突变出现的终止密码子更有竞争优势，因而使
基因仍可通读;但其转化酵母中的芥酸相对含量为
0． 00%，表明该编码蛋白并无酶活性，在酵母细胞中
不能催化长链脂肪酸的合成。
3． 2 FAE1 基因转化酵母的芥酸含量与其种子芥酸
含量的关系
前人的研究结果表明:十字花科植物的种子芥酸
含量高，其 FAE1 基因转化至酵母中也使酵母细胞中
的芥酸含量相应提高，反之亦然;如高芥酸植物油菜
(Brassica napus Linn．)、甘蓝(B． oleracea Linn．)和芜青
(B． rapa Linn．)的一些栽培品种，其 FAE1 基因转化
酵母中芥酸含量可达 1． 94% ～2． 19%;而低芥酸栽培
植物 B． napus‘Westar’的 FAE1 基因转化酵母中芥酸
含量为 0%［12－13］;同样的情形也存在于高芥酸甘蓝型
油菜‘中油 821’、新疆白芥、新疆野芥(Sinapis arvensis
Linn．)、菘蓝(Isatis indigotica Fort．)及低芥酸植物诸葛
菜和荠中［9］。
本课题组前期对十字花科 94 种野生植物种子芥
酸含量的分析结果表明［15］:非洲芥菜等 6 种 1 亚种的
种子芥酸含量均高于 30%，为高芥酸种类;臭荠与小
花碎米荠种子芥酸含量为 0． 00% ～1． 30%，为低芥酸
种类。本研究结果显示:在非洲芥菜等 6 种 1 亚种
FAE1 基因的转化酵母细胞中芥酸相对含量为
0． 27% ～2． 50%，而在臭荠和小花碎米荠 FAE1 基因
的转化酵母中芥酸相对含量为 0． 00%，证实了前期的
研究结果;同时，除荠外的 8 种 1 亚种的种子芥酸相
对含量与转化酵母细胞中的芥酸含量呈正相关(r =
0． 493) ，更明确了植物种子芥酸含量与该物种 FAE1
基因转化酵母细胞中芥酸含量的正相关关系。
3． 3 荠的 FAE1 基因克隆与功能验证
前期的测定结果显示荠的种子中芥酸相对含量
21 植 物 资 源 与 环 境 学 报 第 22 卷
为 0． 61%，为低芥酸种类［15］，其 FAE1 基因转化酵母
细胞中芥酸相对含量却远高于其他高芥酸种类，表明
其编码的脂肪酸延长酶具有很高活性，这种特例之前
未见报道。推测其原因可能是在荠体内受到各式元
件调控而导致 FAE1 基因功能不正常，但在酵母表达
系统中其基因编码区脱离了各式调控元件的作用，从
而恢复正常功能;也可能是由于 FAE1 基因在植物体
内可能受到包括甲基化在内的基因修饰和调节作用，
关闭了该基因的活性，而在酵母中去甲基化后基因又
重新活化表达［20］。在本实验过程中荠的 FAE1 基因
扩增十分困难［9］，作者也是尝试多次后才获得成功，
这一现象也可能是该基因发生甲基化作用的佐证。
致谢:美国种质资源库与加拿大植物种质资源库馈赠部分种
类的种子，中国农业科学院油料作物研究所卢长明研究员与
武玉花助理研究员馈赠酵母菌株与质粒，江苏省农业科学院
油料作物研究所高建芹副研究员完成脂肪酸的气相色谱分
析，在此一并致谢!
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(责任编辑:惠 红)
31第 1 期 庞 慧，等:十字花科植物 FAE1 基因的克隆与功能验证