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闫小燕等, 2011, 冷诱导基因 wcs19 与小麦抗寒性关系研究, 分子植物育种 Vol.9 No.45 (doi: 10.5376/mpb.cn.2011.09.0045)
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embryogenesis abundant)蛋白基因等。COR 基因是
冷诱导基因，在它的启动子区域含有 5 个碱基核心
序列 CCGAC 的脱水反应元素 DRE (Dehydration
responsive element)，DRE 作为顺式作用启动子元素
能在低温胁迫时激活 COR 基因的表达(Novillo and
Alonso, 2004)。植物冷驯化的机制一般认为有 2 种：
一种是依赖于 ABA (abscisic acid)，另一种是不依赖
于 ABA 的。小麦中受 ABA 诱导的 COR 基因包括
wrab15 (Kobayashi et al., 2004) ，wrab17 (Tsuda et al.,
2000; Kobayashi et al., 2008)， wrab18 (Kobayashi et
al., 2004)，wrab19 (Tsuda et al., 2000; Egawa et al.,
2006)，而不受 ABA 诱导的基因包括 wcs19 (Fowler
et al., 2001)，wcor14 (Tsvetanov et al., 2000)，wcor15
(Takumi et al., 2003)。
植物耐冻性的形成是低温下新陈代谢活跃和
基因表达增强的结果(Guy, 1990)，在冷驯化时数个
蛋白质以及对应的 mRNA 积累较多，在某些情况
下，这些积累物与植物或组织发展为耐冻性的能力
有关(Perras, 1989)，而另外一些基因在低温下表达
量增多，则由其他因子诱导，比如 ABA，水分胁迫
等。在低温时积累的蛋白质首先被认为具有物种专
一性，但是后来的研究结果显示它们是家族特有的
(Houde et al., 1992)。在低温下这些蛋白质的富集显
示耐冻性的形成与其数量有密切关系。这些蛋白质
在耐冻性中的确切功能还需进一步研究。由于耐冻
性是由多基因控制的，要研究某个独立的基因就必
须理解冷诱导和耐冻性发生过程中全部的遗传起
源和生理学基础。wcs19 基因在禾本科植物的绿色
叶片组织中优先表达，并且同时需要低温和光照，
另外，此基因不受 ABA 、干旱、热休克、盐分、创
伤以及缺氧压力的影响(Chauvin et al., 1993)。本文
根据 NCBI 公布的 wcs19 的 mRNA 序列设计引物，
采用体外扩增技术对小麦冷诱导基因 wcs19 进行克
隆与序列分析，并结合实验室抗寒性鉴定研究
wcs19 基因在小麦抗寒中所起的作用。
1 结果与分析
1.1 233 个品种抗寒性分析
从图 1 可知，233 个品种的抗寒性分布广泛，
品种间差异极显著，所有品种的抗寒性变幅为
0.0~1.0，表现出较为明显的表型差异。
图 1 233 个品种的抗寒性分布
Figure 1 distribution of cold resistance in 233 cultivars
1.2 wcs19 基因 PCR 检测
经过引物筛选，结果表明编号为 wcs19a 引物
扩增特异性较好，预计目标片段 422 bp，但实际扩
增出了 500 bp 的片段。采用该对引物对 233 份材料
进行 wcs19 基因检测(图 2)，结果发现，该对引物虽
然特异性较好，但在品种间没有多态性，233 份材
料均检测出 wcs19 基因。
图 2 wcs19a 引物对部分材料的检测
注: 1: 津 0483; 2: 石 B02-5289; 3: 徐 4036; 4: B94142-3-2; 5:
郑农 20; 6: 04 中 36; 7: 02P157; 8: 邯郸 6172; M: D2000
ladder marker
Figure 2 Identification of wcs19a primer in partial materials
Note: 1: jin0483; 2: shiB02-5289; 3: xu4036; 4: B94142-3-2; 5:
zhengnong20; 6: 04zhong36; 7: 02P157; 8: handan6172; M:
D2000 ladder marker
1.3 wcs19 基因片段序列分析
为了寻找 wcs19 基因序列变异与幼苗抗寒性的
关系，从 233 个品种中随机挑选了 20 个抗寒性分
别为强、中、弱的品种进行测序，测序由上海英骏
公司完成。应用 DNAMAN6.0 软件对测序结果与
NCBI 上面公布的 wcs19 序列相似性的分析结果表
明， 20 条序列与 GenBank 登录号为 L13437 的
mRNA 序列相似性为 62.88%(图 3)。20 条序列都含