棉花学报 CoRon Science 2012,24(5):414---419 陆地棉GhSPL3基因的克隆、亚细胞定位及表达分析 李洁u,范术丽 ,宋美珍 ,庞朝友 ,喻树迅 (1.西北农林科技大学,陕西杨凌712100;2.中国农业科学院棉花研究所/ 棉花生物学国家重点实验室,河南安阳455000) 摘要:利用生物信息学结合RT.PCR技术从陆地棉中克隆出SPL转录因子.命名为GhSPL3.在GenBank的登 录号为JN795132。该基因包含一个426bp的ORE(开放阅读框),推测编码141个氨基酸的多肽。生物信息学 分析表明GhSPL3包含一个典型的SBP结构域和一个核定位信号;进化树分析发现,GhSPL3与AtSPL3聚为 一组,推测棉花GhSPL3和拟南芥AtSPL3在结构和功能上可能有着一定的相似性。亚细胞定位表明,GhSPL3 定位于细胞核中,荧光定量RT—PCR结果表明,GhSPL3基因在棉花各组织中都有表达,但表达量不同。在花中 表达量最高,其次是在顶芽和茎中的表达量,在根和叶中表达量较低。通过分析GhSPL3在顶芽的不同发育时 期的表达量发现,GhSPL3在三片真叶展平时的顶芽中表达量最高,推测GhSPL3可能在花芽的分化、生长阶 段的转变和花器官的形成上起着重要作用。 关键词:陆地棉;GhSPL3;亚细胞定位;荧光定量RT—PCR 中图分类号:¥562.035.3:Q78 文献标志码:A 文章编号:1002—7807(2012)05—0414—06 Cloning,Subcellular Localization and Expression Analysis of GhSPL3 Gene in Gossypium hirsutum L. LI Jie ,FAN Shu—li ,SONG Mei—zhen ,PANG Chao—you ,YU Shu—xun (1.CollegeofAgronomy,NorthwestSci—Tech UniversityofAgriculture andForest,Yanglm ̄Shaanxi712100,China;2.Cotton ResearchInstituteofCAAS/StateKeyLaboratoryofCottonBiology,Anyang,Henan455000,China) Abstract:GhSPL3,an SPL transcription factor,was cloned from upland co ̄on by bioinformation and RT—PCR technology.The sequence accession number is JN795132 in GenBank.The ORF length of GhSPL3 is 426 bp which encodes 141 amino acid residues.Bioinformatics analysis showed that GhSPL3 contains a typical SBP structure domain and a nuclear localization signal; Evolutionary tree analysis revealed that GhSPL3 and AtSPL3 were clustered in same group,thus GhSPL3 and AtSPL3 might have similar structure and function.Subcellular localization results showed that the singal of GhSPL3 was localized in the nucle— US.Quantitative RT—PCR results showed that GhSPL3 expressed in all tissues.but hte expression levels were diferent.The CX— pression of GhSPL3 in the flowers was the highest,and the lower was that in shoot apexes and in stem,followed by that in the root and in the leaves.Among different development stages of shoot apex,the expression of GhSPL3 was the highest at the third true leaf expansion stage in shoot apex.The result of Quantitative RT—PCR indicated that GhSPL3 might play an important role in bud diferentiation,the transiiton ofthe growth phase and lfower formation. Key words:Gossypium hisrutum L.;GhSPL3;subcellular localization;quantitative RT—PCR SPL(Squamosa promoter binding protein—like) 和环境信号应答等。 转录因子是高等植物所特有的一个转录因子家 AtSPL3编码的蛋白因为能够识别花分生组 族。在拟南芥等模式植物上的研究发现,SPL转 织特征基因AP1。而被认为与花的发育有关I】1。后 录因子家族具有诸多重要的生物学功能,主要参 来证实,在拟南芥中过量表达AtSPL3引起植株 与了植物的花的形成及后期发育,叶的形态建成 幼年期缩短。能够使开花期提前f21。白桦树的Bp一 投稿日期:2012 02—17 作者简介:李洁(1987一),女,在读硕十,lijie19861223@126.corn; 通讯作者:yu@cricaas.com.cn 基金项目:国家高技术研究发展计划(2011AA10A102);国家棉花产业技术体系(CARS一18) 5期 李洁等:陆地棉GhSPL3基因的克隆、亚细胞定位及表达分析 4l5 SPL1基因与拟南芥的AtSPL3具有很高的同源 明书进行。 性,能特异结合BpMADS5启动子,参与调节花 1.3基因的获得 发育【3J。拟南芥的SPlL8不仅影响花药的发育而且 根据同源基因在不同物种问相对保守的特 参与GA的合成【 】:SPL14作为负因子 点,在TAIR网站上下载SPL3的蛋白序列,以其 影响营养生长和开花的转换过程[ 】:SPL9、SPL15 为探针在NCBI上的陆地棉EST数据库进行 的功能缺失导致营养生长时期叶原基形成间隔 tblastn检索,将所得EST序列用CAP3在线拼 期变短,以及花序结构改变和分支增强同。 接,挑取与AtSPL3同源性高的Contig,利用 SPL转录因子在不同植物中已被成功克隆, NCBI进行ORF(Open reading frame)搜索,设计引 如水稻[71、桦树【3J、草莓【踟等,但在棉花中尚未见报 物扩增cDNA序列,引物序列(P1一UP,P1一DW)见 道。棉花开花早晚和产量、品质性状之间存在显 表1。回收目标条带,连接pGEM T—easy载体,将 著相关关系『91.已有研究表明AtSPL3与控制开花 阳性克隆送往上海生工测序验证。 时间有关,因此研究棉花SPL基因功能和表达特 1.4序列比较及进化树分析 性很有必要。本研究利用EST(Expressed se— 测序结果利用DNAstar软件分析,利用 quence tag)数据库采用电子克隆的方法,从陆地 MEGA4.1软件进行SPL3蛋白的系统进化分析, 棉中克隆了一个SPL3基因,通过亚细胞定位分 进化树利用Neighbor—Joining方法构建,其中进 析其是否具有核定位功能,荧光定量RT.PCR 行1000次Bootstrap分析以使得分枝的结果更 (Quantit ̄ive real time PCR)分析其表达模式,初 可靠。 步探讨其在棉花生长发育中的作用,为进一步研 1.5亚细胞定位 究该基因的功能奠定基础。 用性内切酶Xba I、Spe I酶切质粒 pBI121一GFP。应用Clonteeh公司的Infusion在线 1 材料和方法 引物设计软件设计用于亚细胞定位的Infusion引 1.j实验材料 物(引物序列P2一UP,P2一DW见表1),以棉花顶 供试材料为短季棉品种中棉所36(ccm 芽cDNA为模板扩增cDNA片段,Clontech公司 36),于2010年种植于中国农业科学院棉花研究 的In—fusion快速连接试剂盒构建融合蛋白瞬时 所老所部试验地(河南安阳),分别取棉花的根、 表达载体pBl 121一GFP—GhSPL3,农杆菌浸染法转 茎、叶、花、纤维、顶芽等不同组织,棉花不同发育 化洋葱表皮细胞。将转化过的洋葱表皮置于 时期的顶芽在液氮中速冻,一80℃冰箱保存备用。 1/2MS培养基上28℃培养2 d,最后在共聚焦显 1.2 RNA的提取和cDNA的制备 微镜下观察并拍照。 CTAB法提取总RNAV01。总RNA经反转录 1.6荧光定量RT-PCR分析 制备cDNA第一链,反转录按照Invitrogen公司 利用ABI公司的荧光定量试剂盒在ABI SuperScriptlII First—Strand Synthesis System Kit说 7500 Real—time PCR system荧光定量仪上采用 表1 引物序列及用途 Table1 Sequence of primers and use 编号CodeNo. 序列Sequence(5’to 3’) 用途Use Cotton Science 416 棉 花学报 24卷 SYBR green I荧光染料法进行荧光定量 RT—PCR.用相对定量Ct法分析,棉花ACTIN为 内参,采用的基因引物序列(P4一UP,P4.DW)和 ACTIN引物序Y0(P5一UP,P5.DW)见表1。 1.7过表达载体的构建 800bp 应用Clontech公司的Infusion在线引物设计 软件设计Infusion引物(引物序列P3一UP,P3.DW 500bp 见表1).扩增目的片段并回收纯化,同时用 200bp 性内切酶SmaI和EcoRI双酶切植物表达载体 pRI101质粒,按照In—fusion快速连接试剂盒说明 书进行连接,转化大肠杆菌DH5 ̄x之后筛选阳性 图1 GhSPL3基因PCR产物(M:Marker III) 克隆并测序验证后转化农杆菌LBA4404用于转 Fig.1 Amplification products of GhSPL3(M is 基因研究。 Marker III】 针,通过电子克隆和RT—PCR,得到426 bp的 2结果与分糯 ORF,推测编码141个氨基酸,其中包含一个高 2.1 基因的克隆与分析 度保守的DNA结合结构域一SBP结构域且C末 利用拟南芥中SPL3基因的蛋白序列为探 端带有保守的核定位信号(图2)。 1 at嚣鬈C酏c∞gc8霸穗鬈ctg矗8g意蒜氆a{堪ggagaccgaagga挑tg 艟 A S K A E G K R R P K E 46 ggggaggaggaagaagaagaagaagaggacgaggataatagta ̄t G E E E E E E E E D E D S T 9 1 lac t馨 t gacllgatgacaagaageul ̄aglgc鑫趣攫扭gagg t ccagt T G D D D K K K K G K R 6 S S l 36扭c ggt ggtcggaggctcctg tct tccagcc tgt caggtcgagaac G G s c L P | c j i毽 毽 l8l tgcaStgccfacatgaccgatgccaaacggt薯tccatclggcg拽c8t c 氛≮ 薯l'I薹 薯 t 氛薯 | ≯强| 采一 R。| 226 aaggtgtgtg ̄gttCCatgcc ̄aggct尊 tg ̄ggtt ̄g鑫窖tl:gcl: I x|t ≥ c j琶| 1墅|冀| j氛;。K≮ j,氧 尊 臻 薯 RI Y薯巍 271 gggatceatcaacgcttttgtcaac ̄l:gt扭gc&ggttcc穗tg8霉 0 Q 誊cI鼍 磊 —q cl js参 | 誉 0 |毫 316 ttateagag ̄tt茹扛tg8曩穗 a审uB88lg掌矗摹ct孽tcg8c鬈acgttt鬈 曩§ E 毫 羲 i弧 蕊一l ..琵 嚣 . .i基'_-_嚣_ .k 36l gccggacacaacgagcgccgtcgg8舱鑫gttcatcggatate8t 氧... 1. 。 ._鏊一 毪.一 鏊. 一. 警I.益 .K| s誊 s s E H 4O6 ggagaaggc ̄c氆趋旧Lt它t tt魏氨426 G E G S F 堆 阴影部分为SBP结构域,下划线部分为核定位信号。 SBP domain is shaded area;underline is nuclear localization signa1. 图2 GhSPL3 0RF全长与推导氨基酸序列 Fig.2 Nucleotide sequence of complete GhSPL3 0RF and their deduced amino acids 2.2分子进化树分析 (ATlG27370.1),SPL1l(AT1G27360.1),SPL15 利用MEGA 4.1对TAIR网站中收录的拟南 (AT3G57920.1)和GhSPL3进行系统进化树分 芥蛋白序列 SPL3(AT2G33810.1),SPL4 析。发现GhSPL3和AtSPL3聚为一组,推测棉花 (AT1G53160.1),SPL5 (AT3G15270.1),SPL6 GhSPL3和拟南芥AtSPL3在结构和功能上可能 (AT1G69170.1),SPL9 (AT2G42200.1),SPL10 有着一定的相似性。 5期 李洁等:陆地棉GhSPL3基因的克隆、亚细胞定位及表达分析 419 化,因此推测当三片真叶展平时棉花花芽开始集 中分化,GhSPL3的高调表达促进了这一活动。 在开花网络中,AtSPL3直接激活花分 生组织基因LFY、FUL和AP1从而开花时 问『13]。同时,SPL基因还受开花途径整合因子 SOC1的。SOC1一SPL模式整合了光周期途径 和赤霉素途径开花诱导信号从而控制开花时 41。 棉花中SPL3基因是否在开花途径中起着同样的 作用,有待于进一步探索。而构建好的超表达载 体为进一步通过转基因验证GhSPL3功能.深入 分析GhSPL3在棉花生长发育中的作用奠定了 基础 参考文献 [1]CARDON G,Klein J,Huijser P,et a1.Molecular characterization ofthe Arabidopsis SBP—box genes[J].Gene,1999,237(1):91一 l04. [2]CARDON G H,Hohmann S,Nettesheim K,et a1.Functional analysis ofthe Arabidopsis thaliana SBP—box gene SPL3:a novel gene involved in the floral transition[J].Plant Journal,1997,12 (2):367—377. [3]LANNENPAA M,Janonen I,Holtta—Vuori M,et a1.A new SBP—box gene BpSPL1 in silver birch(Betula pendula)『J1.Physi— ologia Plantarum,2004,120(3):491—500. [4]ZHANG Y,Schwarz S,Saedler H,et a1.SPL8,a local regulator in a subset of gibberellin—mediated developmental processes in Arabidopsis[J].Plnat Moleculra Biology,2007,63(3):429—439. [5】STONE J M,Liang X,Nekl E R,et a1.Arabidopsis AtSPL14,a plnat-speciifc SBP—domain transcription factor,participates in plant development and sensitivity to fumonisin B1 .Plant Jour- nal,2005,41(5):744—754. 【6]SCHWARZ S,Grande A,Bujdoso N,et a1.The microRNA regu- lated SBP—box genes SPL9 and SPL15 control shoot maturation in Arabidopsis[J].Plnat Molecular Biology,2008,67(1/2):183— 195. [7]YANG Z,Wang X,Gu S,et a1.Comparative study of SBP—box gene family in Arabidopsis and rice[J].Gene,2008,407(1/2):1— 11. [8】赵晓初,李贺,代红艳,等.草莓miR156靶基因SPL9的克 隆与表达分析[JJ_中国农业科学,201 1,44(12):2515—2522. ZHAO Xiao—chu,Li He,Dai Hung—yan,et a1.Cloning and Ex— pression Analysis of miR1 56一Targeted SPL9 Gene from Straw— berry[J].Scientia Agricultura Sinica,201 1,44(12):2515-2522. [9】郭伟锋,曹新川,胡守林,等.海岛棉开花性状的发育遗传研 究Ⅲ.华北农学报,2008,23(t ̄):173—176. GUO Wei—fnag,Can Xin—chuan,Hu Shou—lin,et a1.Genetic anal— ysis for developmental behavior of flowering rtaits in island cot— ton[J],Acta Agriculturae Boreali—Sinica,2008,23(Supp1):173— 176. [1O]胡根海,喻树迅. 利用改良的CTAB法提取棉花叶片总 RNA fJ1.棉花学报,2007,19(1):69—70. HU Gen—hai,Yu Shu—xun.Extraction ofhigh—quality total RNA in coRon leafwiht improved CTAB method[J].CoUon Science, 2007,19(1):69—70. [11]YANG JH,ZhangMF,Yu JQ.Relationshipbetween cytoplas— mic male sterility and SPL-I ̄e gene expression in stem mns— tard[J].Physiologia Plantarum,2008,133(2):426-434. 【12]wu G,Poethig R S.Temporal regulation of shoot development in Arabidopsis thaliana by miR156 and its target SPL3[J].De— velopment,2006,133(18):3539—3547. [13]YAMAGUCHI A,wu M F,Yang L,et a1.The microRNA regu— lated SBP—Box transcription factor SPL3 is a direct upstream activator ofLEAFY,FRUITFULL and APETALA1fJ].Devel— opmentCell,2009,l7(2):268—278. 【14]JUNG J H,Ju Y,Seo P J,et a1.The SOC1一SPL module inte— grates photoperiod nad gibberellic acid signals to control flow— ering time in Arabidopsis[J].Plnat Journal,2011,69(4):577— 588. ●