全 文 ：研究报告
Research Report
甘蔗(Saccharum spp. hybrids)木菠萝素(Jacalin)基因的克隆及生物信息
学分析
陈云 * 马晶晶 * 张旭 王恒波 高世武 周定港 郭晋隆 ** 许莉萍 **
福建农林大学,农业部福建甘蔗生物学与遗传育种重点实验室,福州, 350002
*共同第一作者
**通讯作者, jl.guo@163.com; xlpmail@126.com
摘 要 木菠萝素(Jacalin)类凝集素(jacalin-related lectins, JRLs)是一类糖结合蛋白，以家族形式存在于植
物中并参与各种生物进程，是植物凝集素超家族中的一类新成员。本研究从甘蔗(Saccharum spp. hybrids)
叶片全长 cDNA文库中克隆了一个甘蔗木菠萝素基因的 cDNA全长序列，命名为 ScJRL (GenBank登录号
为: KT971368)。ScJRL全长 845 bp，开放读码框长 444 bp，共编码 147个氨基酸。生物信息学分析显示，
ScJRL推导编码的蛋白为稳定亲水性蛋白，分子量为 16.15 kD，预测等电点为 6.13。采用实时荧光定量 PCR
技术，对 ScJRL基因在不同浓度以及不同处理时间的非生物胁迫处理下的表达进行了检测。结果显示，
ScJRL基因分别受MeJA (100 μmol/L)，SA (5 mmol/L)和 H2O2 (10 mmol/L)的诱导上调表达，且在处理 3 h时
表达量已达到最高；ScJRL基因还分别受到 ABA (100 μmol/L)和 NaCl (250 mmol/L)的抑制而下调表达，且
二者呈现出相同的表达模式。此外，不同处理的 H2O2均诱导 ScJRL显著上调表达。当采用中等浓度的外源胁
迫处理时，ScJRL对 ABA或 NaCl应答趋势的一致性，以及 ScJRL对 SA或 H2O2应答趋势的一致性，这说明
甘蔗 ScJRL基因作为早期响应基因参与了MeJA和 SA信号通路介导的甘蔗防御反应。并且该基因经由 SA
信号通路正向调控参与了甘蔗应答氧化胁迫，在甘蔗应答抗氧化胁迫机制过程中扮演积极的角色。此外，
ScJRL还经由 ABA信号通路介导参与了甘蔗应答盐胁迫，且与 ABA信号呈正相关。
关键词 甘蔗(Saccharum Spp. hybrids),凝集素,木菠萝素,非生物胁迫,基因表达,生物信息学
Clone and Bioinformatics Analysis of the Jacalin Gene (ScJRL) from Suga-
rcane (Saccharum spp. hybrids)
Chen Yun * Ma Jingjing * Zhang Xu Wang Hengbo Gao Shiwu Zhou Dinggang Guo Jinlong ** Xu
Liping **
Key Laboratory of Sugarcane Biology and Genetic Breeding, Fujian Agriculture and ForestryUniversity, Ministry of Agriculture, Fuzhou, 350002
* The authors contributed equally to this work
** Corresponding authors, jl.guo@163.com; xlpmail@126.com
DOI: 10.13417/j.gab.034.002674
Abstract Jacalin-related lectins (JRLs), a new member of the lectin superfamily, are carbohydrate-binding prot-
eins which comprise a large gene family and are involved in various biological processes. A cDNA sequence
of Jacalingene, termed as ScJRL (GenBank Accession number: KT971368) was cloned from the full-length cDNA
library of sugarcane lamina of Saccharum spp. hybrids. The full length of the ScJRL was 845 bp, containing a
444 bp open reading frame (ORF) and encoding 147 amino acids. Bioinformatics analysis of its predicted protein rev-
ealed that the ScJRLwas a stable hydrophilic protein with the molecular weight of 16.15 kD and pI of 6.13. Real-time
fluorescence quantitative PCR (qRT-PCR) was used to measure the expression of ScJRL, when the ROC22 seedlings
基金项目：本研究由福建省教育厅 A类科研项目(JA12123)和(JA12124)和现代农业产业技术体系建设专项资金(CARS-20)共同
资助
基因组学与应用生物学，2015年，第 34卷，第 12期，第 2674-2682页
Genomics and Applied Biology, 2015, Vol.34, No.12, 2674-2682
基因组学与应用生物学
Genomics and Applied Biology
凝集素是一类广泛存在于动植物中，具有高度
特异性糖结合活性的非酶类蛋白(Peumans and Van
Damme, 1995; Rüdiger and Gabius, 2001; Sharon,
2007)，由 Stillmark于 1888年在蓖麻籽中首次发现，
并命名为蓖麻毒素(ricin)。植物凝集素是一个超家
族，研究者们已从不同的植物类群中分离鉴定了 1 000
多种植物凝集素，并根据其蛋白的结构特点将它们
划分为 16个家族(Van Damme et al., 2008; Jiang et al.,
2010)。此外，一些凝集素只能与非植物来源的糖类
结合，被归类为经典凝集素(classical lectins)；而一些
凝集素能与植物来源的糖类结合，被归类为非经典凝
集素(non-classical lectins) (Van Damme et al., 2008)。
凝集素是一类能与糖专一结合的蛋白质或者
糖蛋白，参与调节着许多的生物学过程，在免疫
学、生物化学等领域有着广泛的用途(侯学文和黄
剑威, 2006)。尽管植物凝集素的发现已有一个多
世纪，但从上世纪六十年代开始才受到人们的普
遍关注(刘金枝, 2007)。并且，早期的研究只是集中
于经典凝集素及其对外源多糖的识别特征的研
究，近十年来，研究才主要集中于植物凝集素内源
功能的研究 (Van Damme et al., 2004; Xing et al.,
2009)。关于植物凝集素在植物防卫反应和逆境胁
迫应答过程中的分子基础及其作用机制等方面的
研究还鲜有报道。
Jacalin类凝集素(jacalin-related lectins, JRLs)是在
木菠萝(Artocarpus integrifolia)种子中首次被发现的
(Bunn-Moreno and Campos-Neto, 1981)。近年来，一些
植物陆续被鉴定到含有多种 JRLs，如在拟南芥(Arab-
idopsis thaliana)中发现 48 个(Nagano et al., 2008)，
were exposed to various stresses at different concentrations and different treatment times. The results indicated
that ScJRL was upregulated after the treatments with MeJA (100 μmol/L), SA (5 mmol/L) and H2O2 (10 mmol/L),
respectively, and the expression reached a maximal level with in 3 h. On the contrary, ScJRL was inhibited after
the treatments with ABA (100 μmol/L) and NaCl (250 mmol/L), respectively, and both stresses responses presen-
ted a similar expression pattern. Moreover, the expression of ScJRL were significantly up-regulated in every H2O2
treatments. When processing with different abiotic stresses under medium-concentration, the expression profiles of
ScJRL showed a consistently downward increasing trend in the response to ABA and NaCl, and showed a
consistently upward trend in the response to SA and H2O2. These results revealed that ScJRL, acting as a primary
auxin-responsive gene, was involved in MeJA-and SA-regulated defense responses. Moreover, the gene might
play an active role in oxidative stress tolerant, activating by SA-regulated defense responses in sugarcane,
Furthermore, positively correlated with the ABA signal, ScJRL might also involve in ABA-regulated salt stress
response in sugarcane.
Keywords Sugarcane (Saccharum spp. hybrids), Lectin, Jacalin, Abiotic stress, Gene expression, Bioinformatics
analysis
水稻(Oryza sativa)中发现 31个(Jiang et al., 2010)，小
麦(Triticum aestivum)中发现至少有 67个(Song et al.,
2013)。一些研究表明，JRLs在功能上跟经典凝集素
明显不同，其在植物抵御逆境胁迫过程中发挥重要
的作用(Swanson et al., 2010)。
甘蔗是我国重要的糖料作物和高生物量的能源
作物，蔗糖约占我国食糖总产量的 92% (郭晋隆等,
2012;陈云等, 2015)。近年频发的季节性干旱、病虫
害和寒害，对甘蔗生产造成严重危害，挖掘鉴定甘蔗
抗逆性基因是甘蔗抗逆育种的基础工作(郭晋隆等,
2012)。本研究在甘蔗叶全长 cDNA文库随机测序的
基础上，从甘蔗品种 ROC22中获得了 1个甘蔗木菠
萝素基因 ScJRL，并采用生物信息学的方法对其理化
性质、蛋白结构等进行了分析。同时，采用 RT-qPCR
技术，研究了该基因在多种外源激素胁迫，盐胁迫和
氧化胁迫下的表达情况，目的是获得该基因潜在功
能的初步信息，为深入探究该基因在甘蔗抵御逆境
胁迫过程中的作用，并为进一步开发利用其功能进
行甘蔗品种改良奠定基础。
1结果与分析
1.1 ScJRL基因的序列分析
ScJRL cDNA全长 845 bp，其 5 和 3 非翻译区
分别长 90 bp和 311 bp，开放阅读框长 444 bp，编
码 147 个氨基酸残基(图 1)。采用 NCBI保守结构
域数据库 (conserved domain database, CDD)，分析
其蛋白的保守结构域表明，ScJRL 属凝集素超家
族，含有植物凝集素保守结构域，具有 6 个糖结合
位点(图 2)。
2675
1.2 ScJRL推导蛋白的一般理化性质分析
综合应用 ExPASy网站在线程序，对甘蔗 ScJRL
推导蛋白的理化性质进行分析，预测结果为：ScJRL
等电点为 6.13，属于酸性蛋白，分子量约为 16.15 kD；
ScJRL的不稳定系数(Ⅱ)为 18.83，表明该蛋白较稳
定；其总平均疏水指数(GRAVY)为-0.478，预测为亲
水蛋白(表 1)。
1.3 ScJRL推导蛋白的疏水性/亲水性分析
进一步用 ProtScale在线软件，对 ScJRL推导蛋
白的氨基酸序列的疏水性 /亲水性进行预测(图 3)。
结果表明，ScJRL多肽链的 N端含有较多的亲水区
域，为亲水性蛋白。
1.4 ScJRL推导蛋白的亚细胞定位
用 psort在线程序进行亚细胞定位预测，结果表
明(表 2)，ScJRL定位在微体和细胞质的概率最大，其
概率分别为 0.640和 0.450。
图 1 ScJRL基因的核酸序列及其推导的氨基酸序列
注:矩形框中分别为 N端糖基识别基序(GXXXD)和 C端糖基结合位点
Figure 1 The nucleotide acid sequence of ScJRL gene and its deduced amino acidsequence
Note: Rectangles show the carbohydrate recognition motif (GXXXD) in N-terminal and sugar binding site in C-terminal, respectively
图 2 ScJRL蛋白保守结构域预测
Figure2 The conserved domain predictionof ScJRL deduced protein
图 3 ScJRL推导蛋白氨基酸疏水性 /亲水性分析
Figure 3 The amino acid hydrophobicity or hydrophilicity analy-
sis of ScJRL deduced protein
1.5 ScJRL推导蛋白的二级结构预测
ScJRL 蛋白的二级结构在线预测的结果如下
(图 4;表 3)，无规则卷曲是 ScJRL蛋白二级结构中
的大量结构元件,该结构所含的氨基酸数总氨基酸残
基数的 57.82%。此外，延伸链所含的氨基酸数占总氨
甘蔗(Saccharum spp. hybrids)木菠萝素(Jacalin)基因的克隆及生物信息学分析
Clone and Bioinformatics Analysis of the Jacalin Gene (ScJRL) from Sugarcane (Saccharum spp. hybrids) 2676
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Genomics and Applied Biology
基酸残基数的 30.61%；α-螺旋所含的氨基酸数占总
氨基酸的 11.56%。
1.6不同植物的 JRL序列比对及进化树分析
多序列比对分析结果显示，ScJRL推导蛋白与
大麦 (Hordeum vulgare)、小米 (Setaria italica)和凤梨
(Ananas comosus)等植物的木菠萝素蛋白的序列一致
性较高(图 5)。利用 Blastp同源搜索，构建了 ScJRL
与不同植物的 JRL蛋白序列的进化树，结果显示，
表 1 ScJRL推导蛋白的理化性质预测分析
Table 1 The physical and chemical properties analysis of ScJRL
deduced protein
一级结构特性
Primary structure features
编码的氨基酸数(个)
Amino acid number
等电点
Isoelectric point
分子量(kD)
Molecular weight (kD)
带负电荷残基(Asp+Glu)
Negatively charged residues (Asp+Glu)
带正电荷残基(Arg+Lys)
Positively charged residues (Arg+Lys)
分子式
Molecular formula
不稳定系数(Ⅱ)
Instability index (Ⅱ)
平均疏水性(GRAVY)
Grand average of hydropathy (GRAVY)
脂肪系数
Aliphatic index
预测结果
Prediction results
147
6.13
16.154
17
14
C713H1092N204O217S5
18.83
-0.478
70.95
表 2 ScJRL蛋白的亚细胞定位预测
Table 2 prediction of the subcellular localization of ScJRL ded-
uced protein
定位
Location
微体(过氧物酶体)
Microbody (peroxisome)
细胞质
Cytoplasm
线粒体基质
Mitochondrial matrix
概率
Probability
0.640
0.450
0.100
ScJRL蛋白与已报道的大麦 JRL (登录号: Q5U9T2)编
码蛋白同源性最高(图 6)。
1.7 ScJRL基因对各种外源胁迫的应答反应
RT-qPCR实验结果表明，在浓度梯度的外源激
素胁迫过程中，ScJRL 对 ABA 和 MeJA 的应答模
式类似(图 7A)。其中，高浓度(200 μmol/L) ABA或
MeJA都能显著诱导 ScJRL的表达，ScJRL的表达量
分别约为对照的 3.2和 1.7倍；而中、低浓度的 ABA
和MeJA对 ScJRL表达的影响不明显(图 7A)。与对
前二者激素的响应模式不同，中等浓度 SA 诱导
ScJRL的表达，约为对照的 1.3倍；而高浓度和低浓
度的 SA均抑制了 ScJRL的表达，分别约为对照的
0.6倍和 0.7倍(图 7A)。
低浓度的 NaCl诱导 ScJRL的表达量升高，约为
对照的 1.8倍；而中、高浓度的 NaCl抑制 ScJRL的表
达，约为对照的 0.5倍(图 7B)。H2O2胁迫对 ScJRL表
达的诱导效果显著，ScJRL的表达水平随着 H2O2浓
度的增加而显著上升；当 H2O2浓度达到 50 mmol/L
时 ScJRL的表达量达到对照的 3.8倍(图 7B)。
ScJRL 的表达在 ABA处理周期内呈现下调趋
势；其在处理后 12 h时表达量最低，约为对照的 0.7倍
图 4 ScJRL蛋白二级结构预测
注:紫色,红色和蓝色线条分别代表无规则卷曲,延伸链和 α-
螺旋
Figure 4 Secondary structure prediction of ScJRL deduced protein
Note: Purple, red and blue lines represent randomcoil, extended
strand and alpha helix, respectively
二级结构类型
secondary structure
α螺旋
Alpha helix
延伸链
Extended strand
无规则卷曲
Randomcoil
氨基酸残基数(个)
Numbers of amino acid residues
17
45
85
百分比 /%
Percent
11.56
30.61
57.82
表 3 ScJRL蛋白的二级结构
Table 3 The secondary structure of ScLTP deduced protein
2677
2讨论
与大部分参与植物抗性机制的蛋白(如蛋白酶抑
制剂,葡聚糖酶,几丁质酶,抗真菌蛋白等)相似，理化
性质稳定是凝集素的另一特性，它们在很大的 pH范
围内都可以保持活性和稳定，耐高温而且对大多蛋
白酶不敏感(孙科源, 2011)。甘蔗 ScJRL推导蛋白的
不稳定系数(Ⅱ)为 18.83，是稳定蛋白，符合凝集素这
一特性。Jacalin是植物凝集素超家族中新的成员家
族，其结构域的 N端一般都具有一个糖基识别相关
的 GXXXD 基序(motif) (Raval et al., 2004)，在 C 端
具有糖基结合位点(Bourne et al., 2000)，BlastP结果
表明，甘蔗 ScJRL推导蛋白的 N端和 C端也存在上
述保守的功能基序(图 2;图 5)。此外，ScJRL推导蛋
白的分子量为 16.15 kD，其等电点为 6.13，这与来源
于荔枝(Litchi chinensis Sonn.)的木菠萝家族类似蛋
白(甘露糖结合凝集素基因蛋白)的分子量(16.5 kD)
和等电点(5.8)相似(孙科源, 2011)。因此，我们将获得
的基因命名为甘蔗类木菠萝素基因 ScJRL。
已报道的植物 Jacalin 家族基因可以响应生物
或非生物胁迫因子的刺激，在植物防御系统中多
为正调控元件(刘娟 , 2013; 向阳等 , 2013)。Xiang
等(2011)的研究表明小麦(Triticum aestivuml)中 TaJ-
RLL1 受茉莉酸(MeJA) (100 μmol/L, 12 h)诱导表
达上调。与 TaJRLL1相似，本研究中，ScJRL也响应
(图 8A)。ScJRL 在中等浓度 MeJA处理的前、中期
受到明显的诱导，其表达水平在处理 3 h 时就达到
最高，为对照的 1.8 倍；但在处理后期，ScJRL 表达
受到抑制而下调(图 8A)。与 ABA相反，ScJRL的表
达在 SA处理周期内呈现上调趋势；其在处理后 3 h
时表达量最高，为对照的 2.0倍(图 8A)。与对 ABA
的应答模式类似，ScJRL 的表达在中等浓度 NaCl
胁迫周期内呈下调趋势；其在处理后 12 h 时表达
量最低，为对照的 0.6 倍(图 8B)。与对 SA 的应答
模式类似，ScJRL 的表达在 H2O2 处理周期内呈现
显著上调趋势；其在处理后 3 h时表达量最高，为
对照的 3.4倍(图 8B)。
图 5 ScJR与其他植物木菠萝素蛋白的多重序列分析
Figure 5 Multiple alignment analysis of ScJRL and homologous proteins from other plant species
图 6 5种植物 JRL蛋白的系统进化树
Figure 6 Phylogenetic tree of JRL homologous proteins from 5
plant species
甘蔗(Saccharum spp. hybrids)木菠萝素(Jacalin)基因的克隆及生物信息学分析
Clone and Bioinformatics Analysis of the Jacalin Gene (ScJRL) from Sugarcane (Saccharum spp. hybrids) 2678
基因组学与应用生物学
Genomics and Applied Biology
图 7不同浓度外源激素处理下 ScJRL的表达
注:误差线为每组处理的标准差(n=3),处理时间均为 24 h; A: ABA中 1, 2, 3, 4的处理浓度(μmol/L)分别为 0, 50, 100, 200; MeJA
中 1, 2, 3, 4的处理浓度(μmol/L)分别为 0, 50, 100, 200; SA中 1, 2, 3, 4的处理浓度(mmol/L)分别为 0, 2.5, 5, 10; B: NaCl胁迫 1,
2, 3, 4的处理浓度(mmol/L)分别为 0, 100, 250, 500; H2O2胁迫 1, 2, 3, 4的处理浓度(mmol/L)分别为 0, 5, 10, 50
Figure 7 The expression of ScJRL under different external stress with the various of concentration
Note: The error bars represented the standard deviation of each treating group (n=3), the processing time both were 24 h; A: For ABA
stress, 1, 2, 3, 4 represent the concentration of 0, 50, 100, 200 μmol/L, respectively; For MeJA stress, 1, 2, 3, 4 represent the concentra-
tion of 0, 50, 100, 200 μmol/L, respectively; For SA stress, 1, 2, 3, 4 represent the concentration of 0, 2.5, 5, 10 mmol/L, respectively;
B: For NaCl stress, 1, 2, 3, 4 represent the concentration of 0, 100, 250, 500 mmol/L, respectively; For H2O2 stress, 1, 2, 3, 4 represent
the concentration of 0, 5,10, 50 mmol/L, respectively
茉莉酸(MeJA)诱导上调表达(图 7A;图 8A)。此外，
菊芋(Helianthustuberosus)、水稻(Oryza sativa)和小麦
(Triticum aestivuml)中的 Jacalin基因 HTA1、OsJAC1、
Orysata和 VER2均受到 MeJA的正向诱导(Garcia et
al., 1998; Nakagawa et al., 2000; Yong et al ., 2003 ;
Jiang et al., 2006)。Subramanyam 等(2006)的研究表
明，小麦中 Hfr-1能被水杨酸(SA)诱导表达，WCI-1
能被 SA和MeJA诱导表达。植物诱导防卫反应与茉
莉酸(MeJA)、水杨酸(SA)信号通路有关联，即MeJA、
图 8 ScJRL在外源激素处理不同时间的表达
注:误差线为每组处理的标准差(n=3); A: ABA胁迫: 1, 2, 3, 4表示采用 100 μmol/L ABA处理 0 h, 3 h, 12 h, 24 h; MeJA胁迫: 1,
2, 3, 4表示采用 100 μmol/L MeJA处理 0 h, 3 h, 12 h, 24 h; SA胁迫: 1, 2, 3, 4表示采用 5 mmol/L SA处理 0 h, 3 h, 12 h, 24 h;
B: NaCl 胁迫 : 1, 2, 3, 4 表示采用 250 mmol/L NaCl 处理 0 h, 12 h, 24 h, 48 h; H2O2 胁迫 : 1, 2, 3, 4 表示采用 10 mmol/L
H2O2为 0 h, 3 h, 12 h, 24 h
Figure 8 The expression of ScJRL under different external stress with the various of time
Note: The error bars represent the standard deviation of each treating group (n=3); A: For 100 μmol/L ABA stress: 1, 2, 3, 4 represent
the time of 0 h, 3 h, 12 h, 24 h, respectively; For 100 μmol/L MeJA stress: 1, 2, 3, 4 represent the time of 0 h, 3 h, 12 h, 24 h, respec-
tively; For 5 mmol/L SA stress: 1, 2, 3, 4 represent the 5 mmol/L, respectively; B: For 250 mmol/L NaCl stress: 1, 2, 3, 4 represent the
time of 0 h, 12 h, 24 h, 48 h, respectively; For 10 mmol/L H2O2 stress: 1, 2, 3, 4 represent the time of 0 h, 3 h, 12 h, 24 h, respectively
SA参与了植物防御反应(Miljkovic, 2012)。与前人的
报道类似，在本研究中，尽管 ScJRL对不同 MeJA处
理条件下的应答趋势有所不同，但高浓度的 MeJA
(200μmol/L)诱导 ScJRL上调表达；中等浓度的MeJA
(100 μmol/L)也在处理早、中期(3 h, 12 h)诱导 ScJRL
显著上调表达(图 7A;图 8A)。此外 ScJRL还受到中
等浓度 SA (5 mmol/L)的诱导而上调表达，且在处理
3 h时表达量已达到最高(图 8A)。因此，推测 ScJRL
作为早期响应基因参与了 MeJA和 SA信号通路介
2679
导的植物防御相关反应。
本研究中，不同浓度的 ABA、NaCl 对甘蔗
ScJRL 表达水平的影响不同(图 7)，但中等浓度的
ABA或 NaCl均抑制了该基因的表达(图 8)。在本
研究的各个处理中，甘蔗 ScJRL 的表达受 H2O2的
诱导最为显著，其表达水平随着 H2O2浓度的提高
而提高(图 7B)，且在中等浓度 H2O2处理周期中一
直维持较高水平表达(图 8B)，推测该基因在甘蔗应
答氧化胁迫过程中扮演更积极的角色。值得指出的
是，ScJRL 对中等浓度的外源 ABA和 NaCl 胁迫的
应答模式一致，在处理周期内均呈下调趋势；且均在
处理中期时表达量最低(图 8)；而 ScJRL对中等浓度
的外源 SA和 H2O2胁迫的应答模式也一致，在处理
周期内均呈显著上调趋势；且均在处理后 3 h时表
达量最高(图 8)。此外，ScJRL对梯度浓度外源 ABA
或 NaCl 处理的应答趋势一致(图 7)；同时，该基因
对梯度浓度外源 SA 或 H2O2处理的应答趋势也一
致(图 7)。上述结果提示了 ScJRL经由 ABA信号通
路介导参与了甘蔗应答盐胁迫，且与 ABA信号呈正
相关；而该基因经由 SA信号通路介导参与了甘蔗应
答氧化胁迫，且与 SA信号呈正相关。
综上，本研究获得一个新的甘蔗木菠萝素类基
因，命名为 ScJRL。RT-qPCR结果提示了 ScJRL作为
早期响应基因参与了MeJA和 SA信号通路介导的甘
蔗防御相关反应；其中，该基因经由 SA信号通路正
向调控参与了甘蔗应答氧化胁迫，在甘蔗应答抗氧化
胁迫机制过程中扮演积极的角色。此外，该基因还参
与了甘蔗应答盐胁迫，且与 ABA信号呈正相关。前人
关于植物 Jacalin家族凝集素内源功能的研究报道不
多，尤其是 Jacalin家族基因在植物逆境应答过程中
的功能和调控方面的研究还鲜有报道。甘蔗 ScJRL的
克隆和功能初步鉴定，提示了甘蔗木菠萝素类基因参
与了甘蔗对非生物胁迫的应答，也为深入研究 JRL类
基因在植物抗逆过程中的作用积累了基础。
3材料与方法
3.1试验材料与处理
将甘蔗品种 ROC22 (Saccharum spp. Hybrid var.
ROC22)组培苗在 1/10 MS营养液中培养，选取株高
25 cm左右、具有 3~4片完全展开叶且长势一致的
小苗为材料。将上述小苗分为 26组，每组 3株苗。
其中 15 组分别采用梯度浓度的 ABA、MeJA、SA、
NaCl和 H2O2 处理 24 h，各处理的梯度浓度分别
为 ABA (μmol/L)：50、100、200；MeJA (μmol/L)：50、
100、200；SA (mmol/L)：2.5、5、10；NaCl (mmol/L)：100、
250、500；H2O2 (mmol/L)：5、10、50。在剩下的 11组
中，其中 8组分别采用 100 μmol/L ABA、100 μmol/L
MeJA、5 mmol/L SA 和 10 mmol/L H2O2处理 3 h 和
12 h；2 组采用 250 mmol/L NaCl 处理 12 h 和 48 h。
最后 1组为对照组。其中，NaCl处理采用溶液胁迫培
养，H2O2、ABA、MeJA 和 SA 胁迫使用叶片喷雾法。
上述各处理各设三次生物学重复，分别收集甘蔗地
上部作为试验样品，用于基因表达分析。所有样品液
氮速冻后，在-80℃冰箱保存备用。
3.2实验所用试剂
TRIzol誖Reagent，RQ1 RNase-Free DNase和 SY-
BR誖 Green PCR Master Mix Kit 分别购自 Invitrogen
公司(美国)，Promeaga 公司(美国)和 Roche 公司(美
国)。Ex-Taq DNA聚合酶，Prime-Script誖RT-PCR Kit
购自 TaKaRa公司(大连宝生物工程有限公司)。
3.3总 RNA的提取
样品总 RNA提取参照 TRIzol誖 Reagent说明书
进行，利用 RQ1 RNase-Free DNase试剂除去总 RNA
中的 DNA，根据 Prime-ScriptTM RT Reagent Kit说明
书，将 RNA反转录成cDNA。
3.4生物信息学分析
应用 ORF Finder在线工具，查找基因开放阅读
框并分析氨基酸序列；利用 ExPASy中的 protparam
(http://web.expasy.org/cgi-bin/protparam/protparam)进
行编码蛋白的理化性质分析；采用 protscale (http://
web.expasy.org/protscale/)分析蛋白的亲 /疏水性；预
测蛋白进行二级结构借助在线软件 GORIV (http://
npsa-pbil.ibcp.fr/cgi-bin/npsa_automat.pl?page=npsa_
gor4.html)；运用 DNAMAN4.0 软件分析比对多序
列；采用 Mega 5.0软件构建来自不同植物的 JRL蛋
白质序列的系统进化树，其中选择参考比对的 JRL
蛋白质序列有大麦(Hordeum vulgare |AAP87359| 和
|Q5U9T2|)、凤梨(Ananas comosus |AAQ07258|)、小米
(Setaria italica |XP_004960459|)、水稻 (Oryza sativa
Japonica Group |AAN11203|)、甘蔗(Saccharum complex
|KT971368|)。
3.5 ScJRL基因的实时定量 PCR检测
根据获得的 ScJRL 基因的序列信息，设计
甘蔗(Saccharum spp. hybrids)木菠萝素(Jacalin)基因的克隆及生物信息学分析
Clone and Bioinformatics Analysis of the Jacalin Gene (ScJRL) from Sugarcane (Saccharum spp. hybrids) 2680
基因组学与应用生物学
Genomics and Applied Biology
qRT-PCR 引物 ScJRL-qF：5-CAGGAAGGCAAAAT
CATCGGT-3 和 ScJRL-qR：5-ATCCATCCATCAA
GCAGCACAG-3；以甘蔗看家基因 GAPDH (登录
号: CA254672)作为内参基因，其序列为 GAPDH-F：
5-CACGGCCACTGGAAGCA-3，GAPDH-R：5-TC
CTCAGGGTTCCTGATGCC-3 (郭晋隆等, 2012)。定
量 PCR 分析中，各样品设置 3 次重复，利用 SYBR
Green染料法，在 ABI 7500定量 PCR仪上进行基因
表达检测。qRT-PCR反应体系总体积为 20 μL，包括
10.0μLSYBRGreen PCRMaster (ROX)，7.0μLddH2O，
1.0μL上游引物(10μmol/L)，1.0μL下游引物(10μmol/L)
和 1.0 μL cDNA 模板(15×稀释液)。反应程序为：
50℃，2 min；95℃，10 min；95℃，15 s；60℃，1 min，
40个循环；反应结束后，收集分析融解曲线。实验数
据分析采用 2-△△CT算法(Livak and Schmittgen, 2001)。
作者贡献
陈云完成数据分析和论文写作；马晶晶和张旭
参与了数据分析与图表制作；王恒波参与了基因表
达检测；周定港和高世武参与了实验材料制备与基
因克隆；郭晋隆和许莉萍是本项目的负责人，实验设
计的主要人员、对论文进行最终定稿。全体作者都已
阅读并同意最终的文本。
致谢
本研究由福建省教育厅 A 类科研项目
(JA12123)和(JA12124)和现代农业产业技术体系建
设专项资金(CARS-20)共同资助。
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