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分子植物育种
(
网络版
)
Fenzi Zhiwu Yuzhong (Online)
1043
与靶蛋白相互作用，调控植物细胞的发育和对外界
刺激的反应。研究表明，钙结合蛋白参与多种生理
过程，如基因表达，调节细胞分裂和代谢，生殖发
育和细胞膜通道调控等。现在已从多种植物，如拟
南芥、大麦、水稻、辣椒、甜菜、丹参和芸豆中成
功克隆了钙结合蛋白基因。在拟南芥基因组中发现
了
50
多种钙结合蛋白，其序列相似度由
20%~75%
不等，这些钙结合蛋白广泛参与了拟南芥的多种生
理活动
(Tsou et al., 2012; McCormack et al., 2005)
。
钙离子信号的传导是个复杂的过程，越来越多的钙
结合蛋白被发现在植物应答干旱、低温、盐碱等逆
境胁迫过程中具有重要作用。在水稻中，
CBL
基因
家族含有
10
个成员，这
10
个
CBL
基因均有
6
到
7
个内
含子，在水稻逆境防御反应中发挥关键作用
(Asano
et al., 2002)
。在拟南芥中研究表明，
CBL1
基因可
以响应多种非生物逆境，作为基因网络的上游调控
因子，对多种逆境途径的基因转录有调节作用
(Albrecht et al., 2003)
。
本研究以红掌
‘Alabama’
为研究材料，克隆了一
个红掌钙结合蛋白基因
AaCBP1
，我们对其核苷酸
序列及编码的蛋白特征进行了分析，并对
AaCBP1
的低温诱导特性进行了研究。本研究初步解析了红
掌钙结合蛋白基因的特点和功能，为探索红掌低温
胁迫下的分子响应机理打下了良好基础，同时为红
掌抗寒分子育种提供了基因资源。
1
结果与分析
1.1
红掌钙结合蛋白基因片段克隆
经过红掌
EST
序列的大规模测序，发现一个
受冷胁迫诱导的钙结合蛋白，设计特异引物，多
次测序确定了该基因序列。获得的基因片段长度
为
663 bp
，编码
220
个氨基酸
(
图
1) (GenBank
登录
号：
KC907407)
。
1.2
红掌
AaCBP1
基因片段序列分析
将获得的基因片段在
Genebank
数据库中进行
BlastX
比对，发现该基因与拟南芥、蓖麻、玉米、
水稻、芸豆、胡杨等的钙结合蛋白具有较高的同源
性。氨基酸序列比对结果发现，同源性较高的是蓖
麻
(Ricinuscommunis)
的钙结合蛋白，相似度在
46%
左右
(
图
2)
。在
NCBI
进行保守域结构预测发现，结
果显示
AaCBP1
编码的蛋白有一个植物保守的钙结
合结构域，具有该结构域的蛋白可能参与植物多种
防御响应
(
图
3)
。我们把该基因命名为
AaCBP1
。采
用
DNAMAN
对已知物种的钙结合蛋白序列进行比
对和系统发育树分析，结果显示红掌
AaCBP1
蛋白
与芸豆的钙结合蛋白亲缘分支关系较近
(
图
4)
。
图
1
红掌钙结合蛋白基因核苷酸序列及编码的氨基酸序列
Figure 1
Anthurium
calcium-binding protein gene nucleotide
sequence and amino acid sequence
1.3
红掌
AaCBP1
基因低温诱导特性分析
从红掌冷处理和对照样本中分别提取叶片总
RNA
，反转录合成
cDNA
。以获得的
cDNA
为模板，
RT-PCR
检测
AaCBP1
在低温下的表达模式。从图
5
可以看出，
AaCBP1
基因表达受低温诱导，在低
温处理
3 h
表达量就有明显升高。而在对照植株中
该基因表达稳定，不存在诱导表达。结果表明
AaCBP1
基因可能在红掌的低温响应过程中起重要
作用。
2
讨论
低温等逆境是植物生长、发育的主要环境限制
因素，植物经过长期生存演化形成一套感知低温信
号的精细调控机制。钙结合蛋白在植物的信号转导
过程中起关键作用，其相关机理的研究一直是植物
生理学和细胞生物学研究的热点
(
毛国红等
, 2004)
。
在拟南芥中，钙结合蛋白
CBL1
在干早胁迫诱导下，
基因的表达量上升，但在冷刺激下，基因的表达量
却受到抑制，
CBL1
基因在低温胁迫下具有负调控作
用
(Albrecht et al., 2003)
。在玉米中，
10
个
CBL
基因
的低温响应特点不同，有的为诱导表达，有的则为
抑制表达
(Yang and Poovaiah, 2003)
。在红掌中，我
们克隆得到的
AaCBP1
基因为低温诱导表达，其对
红掌的低温胁迫响应可能具有正调控作用。由于钙
结合蛋白在植物中为多基因家族，在红掌中还可能
存在多个钙结合蛋白，共同调控红掌的低温响应。