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分子植物育种
(
网络版
), 2012
年
,
第
10
卷
,
第
1297
-
1304
页
Fenzi Zhiwu Yuzhong (Online), 2012, Vol.10, 1297
-
1304
http://mpb.5th.sophiapublisher.com
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环境，人们需要培育出更多、更好的耐逆作物，以
提高农业生产效率，从而克服这些限制因素。
为了生存和应对不可预测的环境变化，植物进
化形成的多种机制和复杂的信号网络，使它们能够
迅速感知胁迫，主动地调控耐胁迫反应。当植物遭
遇环境胁迫时，其抗性机制便会打开，以减少自身
损害。由于人们普遍认为这些机制是由基因调控
的，因此，近几年的研究重点主要集中在胁迫条件
下抗性基因的分离及其功能鉴定。抗逆基因工程利
用的基因一般分为以下两类，一类是功能基因，其
编码产物主要包括抗冻蛋白
(AFP)
、热休克蛋白
(HSPs)
和胚胎发育晚期丰富
(LEA)
蛋白等，还包括
一些渗透调节因子合成酶以及毒性降解酶等；另一
类是与抗逆相关的、其编码产物参与信号传递途径
和基因表达调控过程的转录因子，主要包括
MYB
类、
bZIP
类、
NAC
类、
AP2/EREBP
类以及
WRKY
类
5
大家族
(
张梅等
, 2009)
。
甘薯
(
Ipomoea batatas
(L.) Lam.)
是世界上第七
大粮食作物，在发展中国家，其产量仅次于水稻、
小麦、玉米和木薯，位居第五位。甘薯富含淀粉和
其他碳水化合物，是一种良好的能源作物；同时甘
薯含有
β
-胡萝卜素、花青素、钙、铁等矿物质和多
种维生素，尤其是维生素
A
和
C
，还是一种营养丰富
的保健食品
(Woolfe, 1992)
。甘薯对环境胁迫有一定
的抵抗力，可以在一些比较贫瘠的土地上生长。甘
薯本身具有的广泛适应性和丰富营养价值，在世界
各地，特别是在发展中国家中，对于预防营养不良
和加强粮食安全起到一个至关重要的作用。虽然甘
薯的重要性不言而喻，但是相对于其他主要农作
物，甘薯分子生物学方面的研究还是比较匮乏。然
而，经过研究人员多年的不懈努力，分子克隆技术
现已被广泛应用于甘薯基因工程研究，成为目前甘
薯遗传育种的一条有效途径。本文主要目的是对多年
来甘薯抗逆相关基因分子克隆的研究进展进行阐述。
1
抗氧化相关基因
分子氧
(O
2
)
是生物体内重要的电子受体，对于
维护细胞的基本功能有着重要作用。在
O
2
还原成
H
2
O
的过程中，将会产生多种活性氧
(reactive
oxygen species, ROS)
成分，如超氧化物阴离子
(O
2
-
)
，过氧化氢
(H
2
O
2
)
，羟自由基
(OH
∙
)
和单线态氧
(1O
2
)
等
(Scandalios, 2005)
。过多的活性氧可导致
DNA
、蛋白质、膜脂和其它细胞组分的损伤。在长
期的进化过程中，植物体发展出两个复杂的抗氧化系
统，即酶促和非酶促系统，以维持细胞平衡及其有效
运作。超氧化物歧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶、
抗坏血酸过氧化物酶和谷胱甘肽过氧化物酶等属于
前者，而后者则包括维生素
E
、谷胱甘肽、甘露醇、类
黄酮、类胡萝卜素和抗坏血酸等
(Dabrowska et al., 2007)
。
1.1
酶促清除系统
过氧化物酶
(
POD
)
广泛分布于植物的各个组织
器官中，在植物体内形成同工酶家族。其功能特点
在于，它催化由过氧化氢参与的各种还原剂的氧化
反应，使
H
2
O
2
还原成
H
2
O
而减小植物体内的氧化状
态。它们是一类含有亚血红素单体的糖蛋白，根据
等电点的差异，通常可将其分为酸性、中性或碱性
POD
(Yoshida et al., 2003)
。过去，人们在甘薯悬浮
培养过程中建立了一个过氧化物酶的高效生产系
统
(Kwak et al., 1995)
，至少有
13
个过氧化物酶基因
的
cDNA
是从甘薯细胞中分离出来的，其中包括
7
个
酸性的
(
swpa1
,
swpa2
,
swpa3
,
swpa4
,
swpa5
,
swpa6
and
swpa7
)
、
5
个碱性的
(
swpb1
,
swpb2
,
swpb3
,
swpb4
and
swpb5
)
和
1
个中性的
(
swpn1
)
。同时，人们还对它
们的表达水平进行了研究，以确定每个
POD
基因在
各种环境压力和病原体感染情况下的生理功能特
点
(Huh et al., 1997; Kim et al., 1999; Kim et al., 2000;
Park et al., 2003; Jang et al., 2004)
。此外，研究人员
从甘薯中克隆到两个
POD
诱导型启动子
(
简称
SWPA2
和
SWPA4
) (Kim et al., 2003; Ryu et al., 2009)
。
Kim
等吧
(2003)
和
Ryu
等
(2009)
指出，在甘薯悬浮培
养细胞中，这两个启动子都比
35S
启动子表现出较
高的
GUS
活性
(Kim et al., 2003; Ryu et al., 2009)
。在
SWPA2
和
SWPA4
动子控制下，转基因烟草植株的
GUS
活性在逆境和病原体的感染下得到强烈诱导
(Kim et al., 2003; Ryu et al., 2009)
。这两个启动子将
有助于抗逆植株的创制，特别是生产重要药物蛋白
的转基因细胞株系的发展。
超氧化物歧化酶
(SOD)
是一种普遍存在的酶，
能够催化超氧化物通过歧化反应转化为氧气和过
氧化氢，在保护机体不受氧化胁迫中发挥重要作
用。根据其结合金属离子种类不同，可将其分为三
类：铁超氧化物歧化酶
(FeSOD)
，锰超氧化物歧化
酶
(MnSOD)
，铜-锌超氧化物歧化酶
(Cu/ZnSOD)
(Alscher et al., 2002)
。
Lin
等从甘薯根中克隆出全长
的胞浆
Cu/Zn-SOD cDNA
，并将其测序
(Lin et al.,
1993)
。他们还进一步分析了
Cu/Zn-SOD
基因的结构
特点，并将其与其他物种来源的
SOD
基因组序列结