年年会论文汇编中国棉花学会蔗糖合成酶（基因家族与棉花纤维生长关系初探ＧｈＳＵＳ）
黄 圣，何 鹏，俞嘉宁＊
（）陕西师范大学生命科学学院，陕西西安７１００６２
ＰｒｉｍａｒＤｉｓｃｕｓｓｉｏｎａｂｏｕｔｔｈｅＲｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｂｅｔｗｅｅｎＳｕｃｒｏｓｅＳｎｔｈａｓｅ（Ｇｈ－ ｙｐｙ
ＳＵＳ）ＧｅｎｅＦａｍｉｌａｎｄＣｏｔｔｏｎＦｉｂｅｒＧｒｏｗｔｈ ｙ
＊
，ＨＥ，ＨＵＡＮＧｓｈｅｎＹＵｎｉｎｅｎｉａ －ｇｇｐｇｊ
）摘要：蔗糖合成酶（在植物中是参与糖代谢的关键酶之一，植物体中可以同源四聚Ｓｕｃｒｏｓｅｓｎｔｈａｓｅ ｙ
体形式存在。该酶催化：以前的研究表明Ｓｓｕｃｒｏｓｅ＋ＵＤＰ→ｆｒｕｃｔｏｓｅ＋ＵＤＰＧ的可逆反应，ＵＳ的功能主要参与淀粉及纤维素的合成。近来越来越多的报道发现，影响种子ＳＵＳ在植物抵抗逆境胁迫，
生长发育和纤维伸长方面具有关键作用。本文对棉花蔗糖合成酶基因进行了生物信息学分析，并对陆地棉徐１结果表４２野生型和突变体在纤维生长发育时期ＳＵＳ基因家族表达模式做了初步的研究，明ＳＵＳ基因的表达在野生型和突变体中存在差异，ＧｈＳＵＳ７可能与纤维生长发育有关。关键词：蔗糖合成酶；纤维伸长；种子生长发育
甘油醛－但是在植物中糖以淀粉和蔗糖的３－磷酸是绿色植物叶绿体光合作用的最主要产物之一，
，）形式在植物的器官中转移，而参与这一过程通常需要２类重要的酶：一类是转化酶（和Ｉｎｖｅｒｔａｓｅｉｎｖ
，）。前者能将蔗糖水解成果糖和葡萄糖；蔗糖合成酶（后者能催化分解蔗糖的ＳｕｃｒｏｓｅｓｎｔｈａｓｅＳＵＳ ｙ
］１４－
。另一类是磷酸蔗糖合成酶（，可逆反应，但更偏向于分解蔗糖［磷ＳｕｃｒｏｓｅＳＰＳ）ｈｏｓｈａｔｅｓｎｔｈａｓｅ－ｐｐｙ）酸蔗糖合成酶（是植物中调控蔗糖合成的关键酶之一，催化尿苷二磷酸葡萄糖（和磷酸ＳＰＳＵＤＰＧ）
［］
，果糖（生成磷酸蔗糖（此步反应不可逆。蔗糖合成酶是由ＣＦｒｕｃｔｏｓｅ６Ｐ）Ｓｕｃｒｏｓｅ６Ｐ）ａｒｄｉｎｉ等５－－－－目前已经发现的Ｓ覆盖４１９５５年在小麦胚芽中首次发现，ＵＳ基因有８０多个，５个物种。根据进化关
［６］）。双子叶Ｓ双子叶Ｓ单子叶族和ＮＧ族（系可将它们分为４个亚族：ｕＳ１族、ｕＳＡ族、Ｎｅｗ Ｇｒｏｕｙｙｐ
棉花是重要的纺织材料，也是研究单细胞发育理想的模型。每条棉纤维都起源于胚珠表皮细胞，经过突起、伸长、次生壁增厚、脱水成熟４个时期，这些形成纤维的细胞在开花当天和开花后开始伸
；随后伸长停止，转入沉积纤维素为主的时期。近年来对棉花纤维生长发育的分子长，延续２０～２５ｄ
７］８］
、、机制已有较多研究，例如转录因子［植物激素［催化糖代谢的酶类等在棉纤维细胞分化及起始过［］
，其中Ｈ基程中起重要作用，ａｌｌｅｒ等９通过转化蔗糖磷酸合成酶（ＳｕｃｒｏｓｅｈｏｓｈａｔｅｓｎｔｈａｓｅＳＰＳ） ｇｐｙｐ［０］
因的方法显著提高了棉纤维的产量，发现无纤维突变体棉花胚珠上ＳＲｕａｎ等１ＵＳ表达与野生型不
［１］
同，对棉花胚珠进行的ＳＲｕａｎ等１ＵＳ敲低结果也进一步表明棉花纤维的生长与棉花ＳＵＳ密切相
关。上述研究表明Ｓ但ＳＵＳ基因家族可能与纤维生长发育有密切联系，ＵＳ家族中的各成员在棉花纤维生长发育过程中是否有差异？差异怎样？还未见报道。本研究以徐州１４２及其突变体为材料，通过Ｒ结果Ｔ－ＰＣＲ对ＧｈＳＵＳ基因家族的７个成员在纤维不同生长发育期的表达模式进行了研究，表明ＧｈＳＵＳ７基因的表达可能与纤维生长发育有关。
１材料与方法
１．１植物材料
（）徐州１突变体和野生型购买于棉花种子资源库。３月中旬将４２Ｇｏｓｓｉｕｍ ｈｉｒｓｕｔｕｍＬ．Ｘｕ１４２ｙｐ这２种材料种植于陕西师范大学老校区试验田中。
ｎｕｎｎｕ．ｅｄｕ．ｃｎ＊通讯作者，＠ｓｊｙ
），，基金项目：国家重点基础研究发展计划（中央高校基本科研业务费专项基金（陕西师２０１０ＣＢ１２６００６ＧＫ２０１３０５００４）
）范大学研究生培养创新基金（２０１３ＣＸＳ０１８
年年会论文汇编中国棉花学会每天早晨９：连续挂到９７月中旬棉花盛花期时开始，００左右对已盛开的但未授粉的棉花挂牌，
）、月下旬。分别摘取野生型和突变体３ＤＰＡ（Ｄａｏｓｔａｎｔｈｅｓｉｓ６ＤＰＡ、９ＤＰＡ、１５ＤＰＡ、２１ＤＰＡ、２４ ｙｐ 茎、叶、花用清水洗净后立刻装入液氮中。徐１ＤＰＡ的棉铃并迅速装入冰盒中。根、４２野生型的纤维
剥离后冻存于－８徐１０℃，４２突变体的胚珠直接用液氮速冻后置于－８０℃冰箱中保存。１．２植物ＳＵＳ序列的获取
在Ｎ收录号分别是：ＣＢＩ中下载已释放的棉花氨基酸和核酸序列（ＧｈＳＵＳ１，ＪＱ９９５５２２；Ｇｈ－ＳＵＳ２，ＪＱ９９５５２３；ＧｈＳＵＳ３，ＪＱ９９５５２４；ＧｈＳＵＳ４，ＪＱ９９５５２５；ＧｈＳＵＳ５，ＪＱ９９５５２６；ＧｈＳＵＳ６；ＪＱ９９５５２７；
）以及其他物种的ＳＧｈＳＵＳ７，ＪＱ９９５５２８ＵＳ序列。１．３生物信息学分析
／／／用Ｍ用ＥｅＡｌｉｎ分析氨基酸序列相似性；ｘＰＡＳＰｒｏｔＰａｒａｍｔｏｏｌ（ｈｔｔｗｅｂ．ｅｘａｓ．ｏｒ ｇｇｙｐ：ｐｙｇ
／）／／／／在线工具分析氨基酸的组成及理化性质；用ＳＭＡＲＴ（ｈｔｔｓｍａｒｔ．ｏｒｒｏｔａｒａｍｒｏｔａｒａｍ）ｐ：ｇｐｐｐｐ
／／／／；在线工具预测其功能域；用Ｓ用ｉｎａｌＰ４．０预测信号肽（ｈｔｔｗｗｗ．ｃｂｓ．ｄｔｕ．ｄｋｓｅｒｖｉｃｅｓＳｉｎａｌＰ） ｇｐ：ｇ／／／／／）；用ＮＴＭＨＭＭＳｅｒｖｅｒｖ．２．０预测跨膜结构域（ｈｔｔｗｗｗ．ｃｂｓ．ｄｔｕ．ｄｋｓｅｒｖｉｃｅｓＴＭＨＭＭＰＳ ｐ：
／／／／＿？ｐ＿）进行蛋白质二级结ｈｔｔｎｓａｂｉｌ．ｉｂｃｆｒｃｉｂｉｎｎｓａａｕｔｏｍａｔ．ｌａｅ＝ｎｓａｏｒ４．ｈｔｍｌ＠（－ｐ－ｐ：ｐｐ．ｇｐｐｇｐｇ＿／／／／／／）构的预测；用Ｃ进行蛋白质序列比对。另ｌｕｓｔａｌＷ（ｈｔｔｗｗｗ．ｅｂｉ．ａｃ．ｕｋＴｏｏｌｓｍｓａｃｌｕｓｔａｌｗ２ｐ：（）外，通过ＭＥ建立系统进化树。ｏｉｎｉｎＧＡ４软件中的邻接法ＮＪＮｅｉｈｂｏｒＭｅｔｈｏｄ－ｊｇｇ １．４棉花总ＲＮＡ的提取纯化及ＲＴ－ＰＣＲ
采用改良的Ｃ提取ＲＴＡＢ法提取棉花总ＲＮＡ，ＮＡ用的所有吸头、ＥＰ管都用ＤＥＰＣ水浸泡过夜并于１以使Ｄ２０℃灭菌３０ｍｉｎ，ＥＰＣ充分分解。所提的ＲＮＡ样品２μＬ用于１％琼脂糖凝胶电泳检（）其余－２处理Ｒ测完整性，０℃保存备用。用ＤＮａｓｅＩＰｒｏｍｅａＮＡ样品中的ＤＮＡ杂质。逆转录使 ｇ用ＴＡＫＡＲ的逆转录试剂盒，具体方法见逆转录说明书。并以棉花Ｇ棉花ＳｈＡｃｔｉｎ作为内参，ＵＳ特
［２］
异性的引物参考Ａ人的半定量引物，见表１。ｉｕｎＣｈｅｎ等１ ｑ
表１ 棉花ＳＵＳ半定量特异性引物
Ｔａｂｌｅ１ ＴｈｅｓｅｃｉｆｉｃｓｅｍｉｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅｒｉｍｅｒｓｏｆＧｈＳＵＳ －ｑ ｐｐ
基因
上游引物
ｃｔｃｔｃｔａｃｃｔｔｔｔｔｃａｃａ ｇｇｇｇｇｇｇｔａｃｔａａａｃｔｔａａｔ ｇｇｇｇｇｇｇｇｔｃｔｃｔａｃｃｔｔｔｔａｃａｔｔ ｇｇｇｇｇｇｇｃａａａｔａｃｃａｃｔａａａｔｃａｔｔ ｇｇｇｇｇｇｇａｔａａｔａｔｃａｃｔｔｃｔｃｃｔｔｃａｇｇｇ ｔｔｃｃｔｃａａａｔｔａｔｔａａｃａ ｇｇｇｇｇｇｇｇｃｃｃａａａｃｔａａｔｃａａｃｃ ｇｇｇｇｇｇｔｔｃａａａａｔｃｃｔａｔ ｇｇｇｇｇｇｇ
下游引物
ｔｃｃｃａａａａｃａｔａａａａａａｃａａａｔｇｇｇｇｃａａａａａａａｃｃｃｃｃａａｔｔｔａｔｇｇｇｇｃａａａａａａａｃｃｃｃｃａａｔｔｔａｔｇｇｇｇｃｃｃｃａｔａａａｔａｔａａａａｃａａｃａｇｇｇｃａａａａａｃｃｃａａａｔｔａａａｔｔｇｇｇｇｇｇｃｃａａｔｃａａｃｃａａｃｃｃｔｔａａａｔｇｇｔｃｃａａｔｃａａｃｔａａｔｇｇｇｇｇｇｇｃｃｔｔｃａｃａｔｔｔｇｇｇｇｇｇｇ
ＧｈＳＵＳ１ＧｈＳＵＳ２ＧｈＳＵＳ３ＧｈＳＵＳ４ＧｈＳＵＳ５ＧｈＳＵＳ６ＧｈＳＵＳ７ＧｈＡｃｔｉｎ
２结果与讨论
，蔗糖合成酶（ＳｕｃｒｏｓｅｓｎｔｈａｓｅＥＣ２．４．１．１，ＳＵＳ）在不同的植物组织器官中存在着不同的同工 ｙ酶，即该基因表达具有组织和发育时期特异性。如：拟南芥的ＳＵＳ基因家族由６个基因组成，Ａｔ－叶脉、角果、根中表达，ＳＵＳ１在叶、ＡｔＳＵＳ２在种子表达，ＡｔＳＵＳ３在种子发育中期表达，ＡｔＳＵＳ４在
１３］
。茎、根、发芽的种子中表达，叶脉、花、根中表达，叶脉、花、根中表达［ＡｔＳＵＳ５在叶、ＡｔＳＵＳ６在叶、棉纤维分化与发育过程由多基因控制完成的，整个过程可分为棉纤维突起、伸长、次生壁增厚、最终脱水成熟４个时期，每个时期占主导作用的基因不同。已有文献报道，ＳＵＳ基因家族在陆地棉中有７
１２］
，个成员［而７个成员在棉花纤维生长发育中的表达模式有何差异还不清楚。因此研究ＧｈＳＵＳ基
有助于了解并确定与纤维发育相关的Ｓ因家族在野生型与突变体棉花中的表达模式，ＵＳ基因。
年年会论文汇编中国棉花学会２．１ＳＵＳ基因家族
２．１．１ＳＵＳ基因家族蛋白质相似性及理化性质分析。使用ＬａｓｅｒｅｎｅＭｅＡｌｉｎ比对陆地棉ＳＵＳ基因 ｇｇｇ
）家族７个同源基因编码的氨基酸序列，结果如（表２所示，它们的ＧｈＳＵＳ１与ＧｈＳＵＳ３有最高的同源性，分歧度只有５是该家族中分歧度最低的。Ｇ相似性达到了９４．７％，．５％，ｈＳＵＳ１与ＧｈＳＵＳ４相似性也很。此外，高，达９分歧度为６相似程度仅次于Ｇ从表２中可看出Ｇ３．９％，．４％，ｈＳＵＳ１和ＧｈＳＵＳ３ｈＳＵＳ７、、、、、与该家族中其他基因，仅在５ＳＵＳ１ＳＵＳ２ＳＵＳ３ＳＵＳ４ＳＵＳ５ＳＵＳ６相似性很低，０％左右。
表２ 棉花ＳＵＳ编码氨基酸序列相似性分析
Ｔａｂｌｅ２ ＧｈＳＵＳｅｎｃｏｄｅｄａｍｉｎｏａｃｉｄｓｅｕｅｎｃｅｓｉｍｉｌａｒｉｔａｎａｌｓｉｓ ｑｙｙ
相似性／％
ＧｈＳＵＳ１ｈＳＵＳ２ｈＳＵＳ３ｈＳＵＳ４ｈＳＵＳ５ｈＳＵＳ６ｈＳＵＳ７ Ｇ Ｇ Ｇ Ｇ Ｇ Ｇ
ＧｈＳＵＳ１
进化上的分歧度／％
ＧｈＳＵＳ２ ＧｈＳＵＳ３ ＧｈＳＵＳ４ ＧｈＳＵＳ５ ＧｈＳＵＳ６ ＧｈＳＵＳ７
１８．８ ５．５ ６．４ ３３．０ ４０．２ ７７．２
１８．８ １８．３ ３９．２ ４９．４ ８３．１
６．７ ３３．１ ３９．９ ７８．０
３４．６ ４１．１ ７８．６
５５．１ ８０．５
７５．２
８３．４
９４．７ ８３．４
９３．９ ８３．８ ９３．６
７３．３ ６９．４ ７３．２ ７２．３
６８．９ ６３．７ ６９．０ ６８．３ ６０．７
５１．０４８．８５０．７５０．５４９．８５１．８
发现这些蛋白质氨基酸组成ｘＰＡＳＰｒｏｔＰａｒａｍｔｏｏｌ在线工具分析７个蛋白质的理化性质， 用Ｅ ｙ
上十分相似，它们的氨基酸残基数都在８最多不超过８最少不少于７分子量均００个左右，３０个，９０个，，等电点都为酸性。在各类氨基酸含量方面也比较接近，其中Ｌ在９１０００～９３２００Ｄａｅｕ含量最多。从不稳定指数来看，推测都是亲水性蛋７个蛋白质均为稳定蛋白。７种蛋白的总疏水平均值都是负数，）。白（表３
表３ 棉花ＳＵＳ编码的氨基酸理化性质分析
ｈｓｉｃａｌｒｏｅｒｔｉｅｓＴａｂｌｅ３ ＴｈｅａｎｄｃｈｅｍｉｃａｌａｎａｌｓｉｓｏｆＧｈＳＵＳｅｎｃｏｄｅｄａｍｉｎｏａｃｉｄｓ ｐｙｐｐｙ
ＧｈＳＵＳ１
氨基酸数分子量／Ｄａ 等电点带电氨基酸／％碱性氨基酸／％酸性氨基酸／％非极性氨基酸／％含量最丰富的氨基酸不稳定指数是否稳定脂溶指数总疏水性平均值
８０６ ９２７９０．６ ６．１０ ２９．７ １５．６ １４．１ ４２．６ Ｌｅｕ ３４．２０ 是９４．２２ －０．２７５
ＧｈＳＵＳ２ ７９８ ９１８４６．４ ６．２０ ３３．６ ２０．２ １３．４ ４２．６ Ｌｅｕ ３３．２４ 是９３．３２ －０．２９９
ＧｈＳＵＳ３ ８０５ ９２６４５．４ ６．１１ ３０．２ １６．１ １４．１ ４２．４ Ｌｅｕ ３２．５７ 是９３．６０ －０．３０４
ＧｈＳＵＳ４ ８０６ ９２５９５．４ ６．２３ ２９．７ １５．８ １３．９ ４２．２ Ｌｅｕ ３４．４８ 是９４．４４ －０．２８５
ＧｈＳＵＳ５ ７９６ ９０２４７．７ ５．９３ ２７．２ １４．０ １３．２ ４２．４ Ｌｅｕ ３４．７７ 是９５．１４ －０．２１３
ＧｈＳＵＳ６ ８０８ ９２１０１．３ ６．０４ ２８．４ １４．９ １３．５ ４６．８ Ｌｅｕ ３６．７５ 是９２．０９ －０．３５６
ＧｈＳＵＳ７８２４９３１２５．３６．８６２５．９１３．５１２．４４１．２Ｌｅｕ３３．９３是８３．６８－０．３５６
２．１．２ＳＵＳ家族蛋白质功能域及二级结构分析。将棉花７个ＳＵＳ氨基酸序列和分别经Ｐｆａｍ在线工
分析结果表明，这７种蛋白质都属于糖基转移酶家族，它们都含有２个功能域，分别具预测其功能域，
＿），是Ｎ端的蔗糖合成酶结构域（可催化ＵＤＳｕｃｒｏｓｅｓｎｔｈＰＧ和果糖合成蔗糖；Ｃ端的糖基转移酶结ｙ＿＿）构域（可将活化的糖基转移到脂多糖或糖原上。在真核生物中，蛋白质的分选转运，Ｇｌｃｏｓｔｒａｎｓｆ１ｙ很大一部分是由位于Ｎ端的２我们使用Ｓ０～３０个氨基酸残基决定的，ｉｎａｌＰ４．０分析了７个ＧｈＳＵＳ ｇ蛋白，发现这些蛋白都不具有信号肽序列，表明这些蛋白质不定位于任何细胞器，也不属于分泌蛋白。
年年会论文汇编中国棉花学会／／／／／）用ＴＭＨＭＭ预测跨膜结构域，Ｓｅｒｖｅｒｖ．２．０（ｈｔｔｗｗｗ．ｃｂｓ．ｄｔｕ．ｄｋｓｅｒｖｉｃｅｓＴＭＨＭＭ ｐ：结果显示棉花Ｓ表明该蛋白家族主要定位于胞质溶胶中，直接作用ＵＳ蛋白家族并不形成跨膜结构，
［４］
，于基质中的蔗糖和ＵＤ甘蔗ＳＰ。这与拟南芥ＡｔＳＵＳ１－ＡｔＳＵＳ６同工酶１ｏＳＵＳｔ同工酶的分析结果１５］
对棉花Ｓ一致。卢合全等［ＵＳ的预测也支持了ＳＵＳ不是分泌蛋白的结论。
使用在线工具Ｎ结果表明７个棉花ＳＰＳ＠对７个ＳＵＳ蛋白进行预测，ＵＳ蛋白具有相似的二级都含有α无规则卷曲和延伸链，并且不同的Ｓ结构，ＵＳ蛋白上述３个二级结构的比例（－螺旋、α－螺旋，无规则卷曲，延伸链，基本相同，都不具有３８．７２％～４３．４７％；４２．６１％～４７．３３％；１２．０６％～１７．１８％）
－突起和β－转角。β
（）建２．１．３ＳＵＳ基因家族进化树分析。通过ＭＥＧＡ４软件中的邻接法ＮＪＮｅｉｈｂｏｒｏｉｎｉｎＭｅｔｈｏｄ －ｇｊｇ ）。根据系统进化分析，图１可将Ｓ双子叶Ｓ双子叶立系统进化树（ＵＳ基因分为４个亚家族：ｕＳＡ族、ｙ），单子叶族、双子叶植物Ｓ其进ＳｕＳ１族、ＮＧ（ＮｅｗＧｒｏｕＵＳ两个亚族的外显子与内含子结构不同， ｙｐ棉花Ｓ双子叶Ｓ其中化关系也不同，ＵＳ基因家族主要分布于双子叶ＳｕＳ１族、ｕＳＡ族和ＮＧ族中，ｙｙ
ＧｈＳＵＳ１、ＧｈＳＵＳ２、ＧｈＳＵＳ３、ＧｈＳＵＳ４、ＧｈＳＵＳ５位于双子叶ＳｕＳ１族，ＧｈＳＵＳ６位于ＳｕＳＡ族，ｙｙ
继而ＧＧｈＳＵＳ７位于ＮＧ族。说明ＧｈＳＵＳ７在是最早和其他同源基因分离的，ｈＳＵＳ６分离出来。
尽管这７个基因进化关系存在差异，且属于不同的亚族，但从功能上看，它们都属于糖基转移酶家族。联系７个基因的氨基酸序列相似性分析，都达到了９ＳＵＳ１、ＳＵＳ２、ＳＵＳ３相似性特别高，０％以推测它们分离的时间可能晚于Ｓ上，ＵＳ４、ＳＵＳ５、ＳＵＳ６、ＳＵＳ７。然而被分在ＮＧ族中的ＳＵＳ７尽管在理化性质上与其他的同源基因差异不大，但是从进化的分歧度和系统进化树显示，它是该家族中与其他成员差异最明显的。
２．２棉花ＳＵＳ基因的表达模式分析
）、分别提取徐州１茎、叶、花和３Ｄ４２野生型和突变体的根、ＰＡ（Ｄａｏｓｔａｎｔｈｅｓｉｓ６ＤＰＡ、９ ｙｐ 通过Ｒ１５ＤＰＡ、２１ＤＰＡ、２４ＤＰＡ纤维的总ＲＮＡ，Ｔ－ＰＣＲ的方法以各个基因特异性引物扩增ＤＰＡ、（，根、茎、叶、花中的Ｓ并以棉花Ａ结果如图２使用凝胶成像系统分别进行ＵＳ基因，ｃｔｉｎ为内参，Ａ，Ｂ）（。Ｓ如图２茎、叶、花中都有表达，且表达情况基本一灰度扫描，Ｃ，Ｄ）ＵＳ１在野生型和突变体的根、在根和叶中表达量低，在茎中表达量最高，从纤维发育阶段的表达量来看，致，ＳＵＳ１的表达模式在２种材料中趋势基本相同，之后呈逐渐上升趋势，说明该基因很可能是组成型表达９ＤＰＡ表达量最低，的基因。如：拟南芥中Ａ茎、叶、花及角果中均有表达，为组成型表达。ＳｔＳＵＳ１在根、ＵＳ２在正常培野生型在纤维发育阶段有少量表达，而在突变体纤维发育阶段没有表达，养的各个组织表达量很低，
可能该基因与纤维后期的伸长有关。Ｓ茎、叶、花以及纤维发育阶段野生型和突ＵＳ３表达情况在根、变体中相似，根中有少量的表达，在茎、叶、花中表达量都比较高，且差异不大。纤维发育时期，ＳＵＳ３表达量没有表现出差异，说明Ｓ可在叶、茎、花中表达。此现象与拟南ＵＳ３对棉花不具有组织特异性，
１６］
。芥的Ａ该基因主要在拟南芥的角果中表达，在根、茎、叶、花中表达量很低［ｔＳＵＳ３基因不同，
叶中相对低表达。纤维发育阶段，在野生ＳＵＳ４在野生型和突变体的棉花组织中表达呈相同的趋势，
型中，却表现完全相反的ＳＵＳ４的表达量呈先上升后下降的趋势，１５ＤＰＡ时达到最高值。突变体中，趋势，然后逐渐下降，到１之后又上升。Ｓ３ＤＰＡ时表达量较高，５ＤＰＡ时到达最低值，ＵＳ４与ＳＵＳ１、在纤维发育过程中，野生型和突变体中均有表达，可能也属于组ＳＵＳ３相似性都高达９３．９％、９３．６％，成性表达。Ｓ但是在突变体中没有检测到。茎中，野生型表达量极低，突ＵＳ５在野生型的根中表达，变体却是最高的。在野生型叶片中表达量略比茎中高些，在突变体叶片中表达量却比茎的低。野生都是高表达。然而突变体花瓣中Ｓ型花瓣中ＳＵＳ５表达量与根中类似，ＵＳ５的表达量与根中表达情况也相似，都是低表达。这个现象首次在２种相同遗传背景的棉花中发现，其机制还不清楚。ＳＵＳ６在突变体和野生型的根中也都是低表达，在茎、叶、花中表达量没有显著的区别。野生型中ＳＵＳ６在突变体中在２说明Ｓ１５～２１ＤＰＡ表达量较高，１～２４ＤＰＡ表达量达到峰值。ＵＳ６没有组织特异性，
年年会论文汇编中国棉花学会图１ ＳＵＳ基因家族进化树
Ｆｉ．１ Ｐｈｌｏｅｎｅｔｉｃｔｒｅｅｏｆｓｕｃｒｏｓｅｓｎｔｈａｓｅｆａｍｉｌｉｎｌａｎｔ ｇｙｇｙｙｐ
年年会论文汇编中国棉花学会［６］
但具有发育时期特异性，与Ｈ报道的水稻Ｓｉｒｏｓｅ等人１ＵＳ２的现象相同。令人惊奇的是，ＳＵＳ７在野生型和突变体的根、茎、叶和花中都表达。野生型中，在６～９ＤＰＡ表达量上升，９～１５ＤＰＡ期间没
到２之后迅速下降；而在突变体中，该基因在有检测到表达，１ＤＰＡ时检测到了ＳＵＳ７有大量表达，根、茎、叶、花中与野生型的表达类似，但在纤维发育阶段却没有ＳＵＳ７的表达。ＳＵＳ７可能是作者发现的与纤维发育关系最密切的一个基因，野生型中不仅在各组织中均有表达，而且在纤维起始时期该基因表达量增高，但２在突变体中该基因只在根、９ＤＰＡ，１５ＤＰＡ时降低，１ＤＰＡ时又有显著增加；
［３］茎、叶、花中表达，纤维中没有表达。Ｒ的实验也说明对棉花Ｓｕａｎ等人１ＵＳ基因的抑制能够强烈地
阻碍纤维的生长。
综上所述，半定量ＲＴ－ＰＣＲ结果初步表明棉花组织和不同发育时期纤维中ＳＵＳ表达具有组织和发育阶段特异性，并且不同的发育阶段，所占主导作用的基因也不同，我们的研究结果初步显示，但有待利用基因敲除等方法进行进一步的验证
。ＧｈＳＵＳ７基因可能与纤维生长发育密切相关，
注：Ａ：野生型半定量分析；突变体半定量分析；野生型灰度扫描；突变体灰度扫描；Ｂ：Ｃ：Ｄ：
空白；根；茎；叶；花；ＢＬ：Ｒ：Ｓ：Ｌ：Ｐ：３Ｄ：３ＤＰＡ；６Ｄ：６ＤＰＡ；９Ｄ：９ＤＰＡ；１５Ｄ：１５ＤＰＡ；２１Ｄ：２１ＤＰＡ；２４Ｄ：２４ＤＰＡ。
图２ 野生型及突变体徐１４２半定量分析
Ｆｉ．２ＳｅｍｉｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅａｎａｌｓｉｓｏｆｗｉｌｄｔｅａｎｄｍｕｔｉａｎｔＸｕ１４２－ｑ ｇｙｙｐ
参考文献：
［］Ｇｏｔａｔｏ１ＥＩＧＥＮＢＥＲＧＥＲＰ，ＳｔｉｔｔＭ．Ｓｕｃｒｏｓｅｓｎｔｈａｓｅｃａｔａｌｓｅｓａｒｅａｄｉｌｒｅｖｅｒｓｉｂｌｅｒｅａｃｔｉｏｎｉｎｖｉｖｏｉｎｄｅｖｅｌｏｉｎ ｐｙｙｙｐｇ
［］，（）：ｔｕｂｅｒｓｌａｎｔａｎｄｏｔｈｅｒｔｉｓｓｕｅｓＪ．Ｐｌａｎｔａ１９９３，１８９３３２９３９． －ｐ
［］［］２ＣＨＯＵＲＥＹＰＳ，ＮｅｌｓｏｎＯＥ．ＩｎｔｅｒａｌｌｅｌｉｃｃｏｍｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎａｔｔｈｅｓｈｌｏｃｕｓｏｆｍａｉｚｅａｔｔｈｅｅｎｚｍｅｌｅｖｅｌＪ．Ｇｅｎｅｔ －ｐｙ
，ｉｃｓ１９７９，９１：３１７２５．－
［］３ＥＬＬＩＮＧＬ．Ｅｆｆｅｃｔｏｆｍｅｔａｌｉｏｎｓｏｎｓｕｃｒｏｓｅｓｎｔｈａｓｅｆｒｏｍｒｉｃｅｒａｉｎｓａｓｔｕｄｏｎｅｎｚｍｅｉｎｈｉｂｉｔｉｏｎａｎｄｅｎｚｍｅｔｏ － －ｙｇｙｙｙ ［］，（）：ｏｒａｈＪ．Ｇｌｃｏｂｉｏｌｏ１９９５，５２２０１２０６．－ｐｇｐｙｙｇｙ［］ＨＥｅｎｅａｔｔｅｒｎ４ＩＭ Ｕ，ＷｅｂｅｒＨ，ＢａｕｍｌｅｉｎＨ，ｅｔａｌ．ＡｓｕｃｒｏｓｅｓｎｔｈａｓｅｏｆＶｉｃｉａａｂａＬ．ｅｘｒｅｓｓｉｏｎｉｎｄｅｖｅｌｏ －ｇｐｙｐｆ
［］，（）：ｉｎｓｅｅｄｓｉｎｒｅｌａｔｉｏｎｔｏｓｔａｒｃｈｓｎｔｈｅｓｉｓａｎｄｍｅｔａｂｏｌｉｃｒｅｕｌａｔｉｏｎＪ．Ｐｌａｎｔａ１９９３，１９１３３９４４０１． －ｐｇｙｇ ［］［］５ＣＡＲＤＩＮＩＣＥ，ＬｅｏｌｉｒＬＦ，ＣｈｉｒｉｂｏａＪ．ＴｈｅｂｉｏｓｎｔｈｅｓｉｓｏｆｓｕｃｒｏｓｅＪ．ＪＢｉｏｌＣｈｅｍ，１９５５，２１４：１４９１５５． － －ｇｙ
年年会论文汇编中国棉花学会［］Ｇ，ｒｅｖｉｏｕｓｌ６ＯＲＥＮＳ，ＨｕｂｅｒＳＣ，ＧｒａｎｏｔＤ．ＣｏｍａｒｉｓｏｎｏｆａｎｏｖｅｌｔｏｍａｔｏｓｕｃｒｏｓｅｓｎｔｈａｓｅＳｌＳＵＳ４，ｗｉｔｈｄｅ －ｐｙｐｙ
ａｔｔｅｒｎｓｓｃｒｉｂｅｄＳｌＳＵＳｉｓｏｆｏｒｍｓｒｅｖｅａｌｓｄｉｓｔｉｎｃｔｓｅｕｅｎｃｅｆｅａｔｕｒｅｓａｎｄｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｅｘｒｅｓｓｉｏｎｉｎａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎｗｉｔｈ ｐｑｐ［］，（）：ｓｔｅｍ ｍａｔｕｒａｔｉｏｎＪ．Ｐｌａｎｔａ２０１１，２３３５１０１１１０２３．－
［］ＹＡＮＧ，，７ＳＳａｍｕｅｌ，ＣｈｅｕｎＦ，ＬｅｅＪＪｅｔａｌ．Ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｓｅｃｉｆｉｃｔｒａｎｓｃｒｉｔｓｔｒａｎｓｃｒｉｔｉｏｎｆａｃｔｏｒｓｅｎｏｍｅ － ｇｐｐｐｇ
］，ａｎｄｈｔｏｈｏｒｍｏｎａｌｒｅｕｌａｔｏｒｓｄｕｒｉｎｅａｒｌｓｔａｅｓｏｆｆｉｂｅｒｃｅｌｌｄｅｖｅｌｏｍｅｎｔｉｎａｌｌｏｔｅｔｒａｌｏｉｄｃｏｔｔｏｎ［Ｊ．ＰｌａｎｔＪ ｐｙｇｇｙｇｐｐ ２００６，４７：７６１７７５．－
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，Ｕ［ｓｎｔｈａｓｅｎｕｃｌｅｉｃａｃｉｄＳＡ：ＵＳ６４７２５８８Ｂ１Ｐ］．２００２１０２９．ｈｏｓｈａｔｅ －－ｙｐｐ
［］ＲＵＡＮ ，１０ＹｏｎｌｉｎＣｈｏｕｒｅＰＳ．Ａｆｉｂｅｒｌｅｓｓｓｅｅｄｍｕｔａｔｉｏｎｉｎｃｏｔｔｏｎｉｓａｓｓｏｃｉａｔｅｄｗｉｔｈｌａｃｋｏｆｆｉｂｅｒｃｅｌｌｉｎｉｔｉａｔｉｏｎ－ ｇｇｙ
［］ｉｎａｒｔｉｔｉｏｎｉｎｏｖｕｌｅｅｉｄｅｒｍｉｓａｎｄａｌｔｅｒａｔｉｏｎｓｉｎｓｕｃｒｏｓｅｓｎｔｈａｓｅｅｘｒｅｓｓｉｏｎａｎｄｃａｒｂｏｎｉｎｄｅｖｅｌｏｉｎｓｅｅｄｓＪ． ｐｇｐｙｐｐｇ ，ＰｌａｎｔＰｈｓｉｏｌ１９９８，１１８：３９９４０６． －ｙ
［］ＲＵＡＮ ，，１１ＹｏｎｌｉｎＬｌｅｗｅｌｌｎＤＪＦｕｒｂａｎｋＲＴ．Ｓｕｒｅｓｓｉｏｎｏｆｓｕｃｒｏｓｅｓｎｔｈａｓｅｅｘｒｅｓｓｉｏｎｒｅｒｅｓｓｅｓｃｏｔｅｎｅ－ －ｇｇｙｐｐｙｐｐｇ
，，［］Ｔ，ｔｏｎｆｉｂｅｒｃｅｌｌｉｎｉｔｉａｔｉｏｎｅｌｏｎａｔｉｏｎａｎｄｓｅｅｄｄｅｖｅｌｏｍｅｎｔ．ＪｈｅＰｌａｎｔＣｅｌｌ２００３，１５：９５２９６４． －ｇｐ
［］，，：，１２ＣＨＥＮ ＡｉｅＳｈａｅＬｉＦｅｉｆｅｉｅｔａｌ．Ａｎａｌｓｅｓｏｆｔｈｅｓｕｃｒｏｓｅｓｎｔｈａｓｅｆａｍｉｌｉｎｃｏｔｔｏｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅｕｎ，Ｈｅｎｅ－ － － ｙｙｙｑｇ
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［］，ｒｉｃｅＪ．ＰｌａｎｔＳｉｃ２００８，１７４：５３４５４３． －
年年会论文汇编中国棉花学会蔗糖合成酶（基因家族与棉花纤维生长关系初探ＧｈＳＵＳ）
黄 圣，何 鹏，俞嘉宁＊
（）陕西师范大学生命科学学院，陕西西安７１００６２
ＰｒｉｍａｒＤｉｓｃｕｓｓｉｏｎａｂｏｕｔｔｈｅＲｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｂｅｔｗｅｅｎＳｕｃｒｏｓｅＳｎｔｈａｓｅ（Ｇｈ－ ｙｐｙ
ＳＵＳ）ＧｅｎｅＦａｍｉｌａｎｄＣｏｔｔｏｎＦｉｂｅｒＧｒｏｗｔｈ ｙ
＊
，ＨＥ，ＨＵＡＮＧｓｈｅｎＹＵｎｉｎｅｎｉａ －ｇｇｐｇｊ
）摘要：蔗糖合成酶（在植物中是参与糖代谢的关键酶之一，植物体中可以同源四聚Ｓｕｃｒｏｓｅｓｎｔｈａｓｅ ｙ
体形式存在。该酶催化：以前的研究表明Ｓｓｕｃｒｏｓｅ＋ＵＤＰ→ｆｒｕｃｔｏｓｅ＋ＵＤＰＧ的可逆反应，ＵＳ的功能主要参与淀粉及纤维素的合成。近来越来越多的报道发现，影响种子ＳＵＳ在植物抵抗逆境胁迫，
生长发育和纤维伸长方面具有关键作用。本文对棉花蔗糖合成酶基因进行了生物信息学分析，并对陆地棉徐１结果表４２野生型和突变体在纤维生长发育时期ＳＵＳ基因家族表达模式做了初步的研究，明ＳＵＳ基因的表达在野生型和突变体中存在差异，ＧｈＳＵＳ７可能与纤维生长发育有关。关键词：蔗糖合成酶；纤维伸长；种子生长发育
甘油醛－但是在植物中糖以淀粉和蔗糖的３－磷酸是绿色植物叶绿体光合作用的最主要产物之一，
，）形式在植物的器官中转移，而参与这一过程通常需要２类重要的酶：一类是转化酶（和Ｉｎｖｅｒｔａｓｅｉｎｖ
，）。前者能将蔗糖水解成果糖和葡萄糖；蔗糖合成酶（后者能催化分解蔗糖的ＳｕｃｒｏｓｅｓｎｔｈａｓｅＳＵＳ ｙ
］１４－
。另一类是磷酸蔗糖合成酶（，可逆反应，但更偏向于分解蔗糖［磷ＳｕｃｒｏｓｅＳＰＳ）ｈｏｓｈａｔｅｓｎｔｈａｓｅ－ｐｐｙ）酸蔗糖合成酶（是植物中调控蔗糖合成的关键酶之一，催化尿苷二磷酸葡萄糖（和磷酸ＳＰＳＵＤＰＧ）
［］
，果糖（生成磷酸蔗糖（此步反应不可逆。蔗糖合成酶是由ＣＦｒｕｃｔｏｓｅ６Ｐ）Ｓｕｃｒｏｓｅ６Ｐ）ａｒｄｉｎｉ等５－－－－目前已经发现的Ｓ覆盖４１９５５年在小麦胚芽中首次发现，ＵＳ基因有８０多个，５个物种。根据进化关
［６］）。双子叶Ｓ双子叶Ｓ单子叶族和ＮＧ族（系可将它们分为４个亚族：ｕＳ１族、ｕＳＡ族、Ｎｅｗ Ｇｒｏｕｙｙｐ
棉花是重要的纺织材料，也是研究单细胞发育理想的模型。每条棉纤维都起源于胚珠表皮细胞，经过突起、伸长、次生壁增厚、脱水成熟４个时期，这些形成纤维的细胞在开花当天和开花后开始伸
；随后伸长停止，转入沉积纤维素为主的时期。近年来对棉花纤维生长发育的分子长，延续２０～２５ｄ
７］８］
、、机制已有较多研究，例如转录因子［植物激素［催化糖代谢的酶类等在棉纤维细胞分化及起始过［］
，其中Ｈ基程中起重要作用，ａｌｌｅｒ等９通过转化蔗糖磷酸合成酶（ＳｕｃｒｏｓｅｈｏｓｈａｔｅｓｎｔｈａｓｅＳＰＳ） ｇｐｙｐ［０］
因的方法显著提高了棉纤维的产量，发现无纤维突变体棉花胚珠上ＳＲｕａｎ等１ＵＳ表达与野生型不
［１］
同，对棉花胚珠进行的ＳＲｕａｎ等１ＵＳ敲低结果也进一步表明棉花纤维的生长与棉花ＳＵＳ密切相
关。上述研究表明Ｓ但ＳＵＳ基因家族可能与纤维生长发育有密切联系，ＵＳ家族中的各成员在棉花纤维生长发育过程中是否有差异？差异怎样？还未见报道。本研究以徐州１４２及其突变体为材料，通过Ｒ结果Ｔ－ＰＣＲ对ＧｈＳＵＳ基因家族的７个成员在纤维不同生长发育期的表达模式进行了研究，表明ＧｈＳＵＳ７基因的表达可能与纤维生长发育有关。
１材料与方法
１．１植物材料
（）徐州１突变体和野生型购买于棉花种子资源库。３月中旬将４２Ｇｏｓｓｉｕｍ ｈｉｒｓｕｔｕｍＬ．Ｘｕ１４２ｙｐ这２种材料种植于陕西师范大学老校区试验田中。
ｎｕｎｎｕ．ｅｄｕ．ｃｎ＊通讯作者，＠ｓｊｙ
），，基金项目：国家重点基础研究发展计划（中央高校基本科研业务费专项基金（陕西师２０１０ＣＢ１２６００６ＧＫ２０１３０５００４）
）范大学研究生培养创新基金（２０１３ＣＸＳ０１８
年年会论文汇编中国棉花学会每天早晨９：连续挂到９７月中旬棉花盛花期时开始，００左右对已盛开的但未授粉的棉花挂牌，
）、月下旬。分别摘取野生型和突变体３ＤＰＡ（Ｄａｏｓｔａｎｔｈｅｓｉｓ６ＤＰＡ、９ＤＰＡ、１５ＤＰＡ、２１ＤＰＡ、２４ ｙｐ 茎、叶、花用清水洗净后立刻装入液氮中。徐１ＤＰＡ的棉铃并迅速装入冰盒中。根、４２野生型的纤维
剥离后冻存于－８徐１０℃，４２突变体的胚珠直接用液氮速冻后置于－８０℃冰箱中保存。１．２植物ＳＵＳ序列的获取
在Ｎ收录号分别是：ＣＢＩ中下载已释放的棉花氨基酸和核酸序列（ＧｈＳＵＳ１，ＪＱ９９５５２２；Ｇｈ－ＳＵＳ２，ＪＱ９９５５２３；ＧｈＳＵＳ３，ＪＱ９９５５２４；ＧｈＳＵＳ４，ＪＱ９９５５２５；ＧｈＳＵＳ５，ＪＱ９９５５２６；ＧｈＳＵＳ６；ＪＱ９９５５２７；
）以及其他物种的ＳＧｈＳＵＳ７，ＪＱ９９５５２８ＵＳ序列。１．３生物信息学分析
／／／用Ｍ用ＥｅＡｌｉｎ分析氨基酸序列相似性；ｘＰＡＳＰｒｏｔＰａｒａｍｔｏｏｌ（ｈｔｔｗｅｂ．ｅｘａｓ．ｏｒ ｇｇｙｐ：ｐｙｇ
／）／／／／在线工具分析氨基酸的组成及理化性质；用ＳＭＡＲＴ（ｈｔｔｓｍａｒｔ．ｏｒｒｏｔａｒａｍｒｏｔａｒａｍ）ｐ：ｇｐｐｐｐ
／／／／；在线工具预测其功能域；用Ｓ用ｉｎａｌＰ４．０预测信号肽（ｈｔｔｗｗｗ．ｃｂｓ．ｄｔｕ．ｄｋｓｅｒｖｉｃｅｓＳｉｎａｌＰ） ｇｐ：ｇ／／／／／）；用ＮＴＭＨＭＭＳｅｒｖｅｒｖ．２．０预测跨膜结构域（ｈｔｔｗｗｗ．ｃｂｓ．ｄｔｕ．ｄｋｓｅｒｖｉｃｅｓＴＭＨＭＭＰＳ ｐ：
／／／／＿？ｐ＿）进行蛋白质二级结ｈｔｔｎｓａｂｉｌ．ｉｂｃｆｒｃｉｂｉｎｎｓａａｕｔｏｍａｔ．ｌａｅ＝ｎｓａｏｒ４．ｈｔｍｌ＠（－ｐ－ｐ：ｐｐ．ｇｐｐｇｐｇ＿／／／／／／）构的预测；用Ｃ进行蛋白质序列比对。另ｌｕｓｔａｌＷ（ｈｔｔｗｗｗ．ｅｂｉ．ａｃ．ｕｋＴｏｏｌｓｍｓａｃｌｕｓｔａｌｗ２ｐ：（）外，通过ＭＥ建立系统进化树。ｏｉｎｉｎＧＡ４软件中的邻接法ＮＪＮｅｉｈｂｏｒＭｅｔｈｏｄ－ｊｇｇ １．４棉花总ＲＮＡ的提取纯化及ＲＴ－ＰＣＲ
采用改良的Ｃ提取ＲＴＡＢ法提取棉花总ＲＮＡ，ＮＡ用的所有吸头、ＥＰ管都用ＤＥＰＣ水浸泡过夜并于１以使Ｄ２０℃灭菌３０ｍｉｎ，ＥＰＣ充分分解。所提的ＲＮＡ样品２μＬ用于１％琼脂糖凝胶电泳检（）其余－２处理Ｒ测完整性，０℃保存备用。用ＤＮａｓｅＩＰｒｏｍｅａＮＡ样品中的ＤＮＡ杂质。逆转录使 ｇ用ＴＡＫＡＲ的逆转录试剂盒，具体方法见逆转录说明书。并以棉花Ｇ棉花ＳｈＡｃｔｉｎ作为内参，ＵＳ特
［２］
异性的引物参考Ａ人的半定量引物，见表１。ｉｕｎＣｈｅｎ等１ ｑ
表１ 棉花ＳＵＳ半定量特异性引物
Ｔａｂｌｅ１ ＴｈｅｓｅｃｉｆｉｃｓｅｍｉｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅｒｉｍｅｒｓｏｆＧｈＳＵＳ －ｑ ｐｐ
基因
上游引物
ｃｔｃｔｃｔａｃｃｔｔｔｔｔｃａｃａ ｇｇｇｇｇｇｇｔａｃｔａａａｃｔｔａａｔ ｇｇｇｇｇｇｇｇｔｃｔｃｔａｃｃｔｔｔｔａｃａｔｔ ｇｇｇｇｇｇｇｃａａａｔａｃｃａｃｔａａａｔｃａｔｔ ｇｇｇｇｇｇｇａｔａａｔａｔｃａｃｔｔｃｔｃｃｔｔｃａｇｇｇ ｔｔｃｃｔｃａａａｔｔａｔｔａａｃａ ｇｇｇｇｇｇｇｇｃｃｃａａａｃｔａａｔｃａａｃｃ ｇｇｇｇｇｇｔｔｃａａａａｔｃｃｔａｔ ｇｇｇｇｇｇｇ
下游引物
ｔｃｃｃａａａａｃａｔａａａａａａｃａａａｔｇｇｇｇｃａａａａａａａｃｃｃｃｃａａｔｔｔａｔｇｇｇｇｃａａａａａａａｃｃｃｃｃａａｔｔｔａｔｇｇｇｇｃｃｃｃａｔａａａｔａｔａａａａｃａａｃａｇｇｇｃａａａａａｃｃｃａａａｔｔａａａｔｔｇｇｇｇｇｇｃｃａａｔｃａａｃｃａａｃｃｃｔｔａａａｔｇｇｔｃｃａａｔｃａａｃｔａａｔｇｇｇｇｇｇｇｃｃｔｔｃａｃａｔｔｔｇｇｇｇｇｇｇ
ＧｈＳＵＳ１ＧｈＳＵＳ２ＧｈＳＵＳ３ＧｈＳＵＳ４ＧｈＳＵＳ５ＧｈＳＵＳ６ＧｈＳＵＳ７ＧｈＡｃｔｉｎ
２结果与讨论
，蔗糖合成酶（ＳｕｃｒｏｓｅｓｎｔｈａｓｅＥＣ２．４．１．１，ＳＵＳ）在不同的植物组织器官中存在着不同的同工 ｙ酶，即该基因表达具有组织和发育时期特异性。如：拟南芥的ＳＵＳ基因家族由６个基因组成，Ａｔ－叶脉、角果、根中表达，ＳＵＳ１在叶、ＡｔＳＵＳ２在种子表达，ＡｔＳＵＳ３在种子发育中期表达，ＡｔＳＵＳ４在
１３］
。茎、根、发芽的种子中表达，叶脉、花、根中表达，叶脉、花、根中表达［ＡｔＳＵＳ５在叶、ＡｔＳＵＳ６在叶、棉纤维分化与发育过程由多基因控制完成的，整个过程可分为棉纤维突起、伸长、次生壁增厚、最终脱水成熟４个时期，每个时期占主导作用的基因不同。已有文献报道，ＳＵＳ基因家族在陆地棉中有７
１２］
，个成员［而７个成员在棉花纤维生长发育中的表达模式有何差异还不清楚。因此研究ＧｈＳＵＳ基
有助于了解并确定与纤维发育相关的Ｓ因家族在野生型与突变体棉花中的表达模式，ＵＳ基因。
年年会论文汇编中国棉花学会２．１ＳＵＳ基因家族
２．１．１ＳＵＳ基因家族蛋白质相似性及理化性质分析。使用ＬａｓｅｒｅｎｅＭｅＡｌｉｎ比对陆地棉ＳＵＳ基因 ｇｇｇ
）家族７个同源基因编码的氨基酸序列，结果如（表２所示，它们的ＧｈＳＵＳ１与ＧｈＳＵＳ３有最高的同源性，分歧度只有５是该家族中分歧度最低的。Ｇ相似性达到了９４．７％，．５％，ｈＳＵＳ１与ＧｈＳＵＳ４相似性也很。此外，高，达９分歧度为６相似程度仅次于Ｇ从表２中可看出Ｇ３．９％，．４％，ｈＳＵＳ１和ＧｈＳＵＳ３ｈＳＵＳ７、、、、、与该家族中其他基因，仅在５ＳＵＳ１ＳＵＳ２ＳＵＳ３ＳＵＳ４ＳＵＳ５ＳＵＳ６相似性很低，０％左右。
表２ 棉花ＳＵＳ编码氨基酸序列相似性分析
Ｔａｂｌｅ２ ＧｈＳＵＳｅｎｃｏｄｅｄａｍｉｎｏａｃｉｄｓｅｕｅｎｃｅｓｉｍｉｌａｒｉｔａｎａｌｓｉｓ ｑｙｙ
相似性／％
ＧｈＳＵＳ１ｈＳＵＳ２ｈＳＵＳ３ｈＳＵＳ４ｈＳＵＳ５ｈＳＵＳ６ｈＳＵＳ７ Ｇ Ｇ Ｇ Ｇ Ｇ Ｇ
ＧｈＳＵＳ１
进化上的分歧度／％
ＧｈＳＵＳ２ ＧｈＳＵＳ３ ＧｈＳＵＳ４ ＧｈＳＵＳ５ ＧｈＳＵＳ６ ＧｈＳＵＳ７
１８．８ ５．５ ６．４ ３３．０ ４０．２ ７７．２
１８．８ １８．３ ３９．２ ４９．４ ８３．１
６．７ ３３．１ ３９．９ ７８．０
３４．６ ４１．１ ７８．６
５５．１ ８０．５
７５．２
８３．４
９４．７ ８３．４
９３．９ ８３．８ ９３．６
７３．３ ６９．４ ７３．２ ７２．３
６８．９ ６３．７ ６９．０ ６８．３ ６０．７
５１．０４８．８５０．７５０．５４９．８５１．８
发现这些蛋白质氨基酸组成ｘＰＡＳＰｒｏｔＰａｒａｍｔｏｏｌ在线工具分析７个蛋白质的理化性质， 用Ｅ ｙ
上十分相似，它们的氨基酸残基数都在８最多不超过８最少不少于７分子量均００个左右，３０个，９０个，，等电点都为酸性。在各类氨基酸含量方面也比较接近，其中Ｌ在９１０００～９３２００Ｄａｅｕ含量最多。从不稳定指数来看，推测都是亲水性蛋７个蛋白质均为稳定蛋白。７种蛋白的总疏水平均值都是负数，）。白（表３
表３ 棉花ＳＵＳ编码的氨基酸理化性质分析
ｈｓｉｃａｌｒｏｅｒｔｉｅｓＴａｂｌｅ３ ＴｈｅａｎｄｃｈｅｍｉｃａｌａｎａｌｓｉｓｏｆＧｈＳＵＳｅｎｃｏｄｅｄａｍｉｎｏａｃｉｄｓ ｐｙｐｐｙ
ＧｈＳＵＳ１
氨基酸数分子量／Ｄａ 等电点带电氨基酸／％碱性氨基酸／％酸性氨基酸／％非极性氨基酸／％含量最丰富的氨基酸不稳定指数是否稳定脂溶指数总疏水性平均值
８０６ ９２７９０．６ ６．１０ ２９．７ １５．６ １４．１ ４２．６ Ｌｅｕ ３４．２０ 是９４．２２ －０．２７５
ＧｈＳＵＳ２ ７９８ ９１８４６．４ ６．２０ ３３．６ ２０．２ １３．４ ４２．６ Ｌｅｕ ３３．２４ 是９３．３２ －０．２９９
ＧｈＳＵＳ３ ８０５ ９２６４５．４ ６．１１ ３０．２ １６．１ １４．１ ４２．４ Ｌｅｕ ３２．５７ 是９３．６０ －０．３０４
ＧｈＳＵＳ４ ８０６ ９２５９５．４ ６．２３ ２９．７ １５．８ １３．９ ４２．２ Ｌｅｕ ３４．４８ 是９４．４４ －０．２８５
ＧｈＳＵＳ５ ７９６ ９０２４７．７ ５．９３ ２７．２ １４．０ １３．２ ４２．４ Ｌｅｕ ３４．７７ 是９５．１４ －０．２１３
ＧｈＳＵＳ６ ８０８ ９２１０１．３ ６．０４ ２８．４ １４．９ １３．５ ４６．８ Ｌｅｕ ３６．７５ 是９２．０９ －０．３５６
ＧｈＳＵＳ７８２４９３１２５．３６．８６２５．９１３．５１２．４４１．２Ｌｅｕ３３．９３是８３．６８－０．３５６
２．１．２ＳＵＳ家族蛋白质功能域及二级结构分析。将棉花７个ＳＵＳ氨基酸序列和分别经Ｐｆａｍ在线工
分析结果表明，这７种蛋白质都属于糖基转移酶家族，它们都含有２个功能域，分别具预测其功能域，
＿），是Ｎ端的蔗糖合成酶结构域（可催化ＵＤＳｕｃｒｏｓｅｓｎｔｈＰＧ和果糖合成蔗糖；Ｃ端的糖基转移酶结ｙ＿＿）构域（可将活化的糖基转移到脂多糖或糖原上。在真核生物中，蛋白质的分选转运，Ｇｌｃｏｓｔｒａｎｓｆ１ｙ很大一部分是由位于Ｎ端的２我们使用Ｓ０～３０个氨基酸残基决定的，ｉｎａｌＰ４．０分析了７个ＧｈＳＵＳ ｇ蛋白，发现这些蛋白都不具有信号肽序列，表明这些蛋白质不定位于任何细胞器，也不属于分泌蛋白。
年年会论文汇编中国棉花学会／／／／／）用ＴＭＨＭＭ预测跨膜结构域，Ｓｅｒｖｅｒｖ．２．０（ｈｔｔｗｗｗ．ｃｂｓ．ｄｔｕ．ｄｋｓｅｒｖｉｃｅｓＴＭＨＭＭ ｐ：结果显示棉花Ｓ表明该蛋白家族主要定位于胞质溶胶中，直接作用ＵＳ蛋白家族并不形成跨膜结构，
［４］
，于基质中的蔗糖和ＵＤ甘蔗ＳＰ。这与拟南芥ＡｔＳＵＳ１－ＡｔＳＵＳ６同工酶１ｏＳＵＳｔ同工酶的分析结果１５］
对棉花Ｓ一致。卢合全等［ＵＳ的预测也支持了ＳＵＳ不是分泌蛋白的结论。
使用在线工具Ｎ结果表明７个棉花ＳＰＳ＠对７个ＳＵＳ蛋白进行预测，ＵＳ蛋白具有相似的二级都含有α无规则卷曲和延伸链，并且不同的Ｓ结构，ＵＳ蛋白上述３个二级结构的比例（－螺旋、α－螺旋，无规则卷曲，延伸链，基本相同，都不具有３８．７２％～４３．４７％；４２．６１％～４７．３３％；１２．０６％～１７．１８％）
－突起和β－转角。β
（）建２．１．３ＳＵＳ基因家族进化树分析。通过ＭＥＧＡ４软件中的邻接法ＮＪＮｅｉｈｂｏｒｏｉｎｉｎＭｅｔｈｏｄ －ｇｊｇ ）。根据系统进化分析，图１可将Ｓ双子叶Ｓ双子叶立系统进化树（ＵＳ基因分为４个亚家族：ｕＳＡ族、ｙ），单子叶族、双子叶植物Ｓ其进ＳｕＳ１族、ＮＧ（ＮｅｗＧｒｏｕＵＳ两个亚族的外显子与内含子结构不同， ｙｐ棉花Ｓ双子叶Ｓ其中化关系也不同，ＵＳ基因家族主要分布于双子叶ＳｕＳ１族、ｕＳＡ族和ＮＧ族中，ｙｙ
ＧｈＳＵＳ１、ＧｈＳＵＳ２、ＧｈＳＵＳ３、ＧｈＳＵＳ４、ＧｈＳＵＳ５位于双子叶ＳｕＳ１族，ＧｈＳＵＳ６位于ＳｕＳＡ族，ｙｙ
继而ＧＧｈＳＵＳ７位于ＮＧ族。说明ＧｈＳＵＳ７在是最早和其他同源基因分离的，ｈＳＵＳ６分离出来。
尽管这７个基因进化关系存在差异，且属于不同的亚族，但从功能上看，它们都属于糖基转移酶家族。联系７个基因的氨基酸序列相似性分析，都达到了９ＳＵＳ１、ＳＵＳ２、ＳＵＳ３相似性特别高，０％以推测它们分离的时间可能晚于Ｓ上，ＵＳ４、ＳＵＳ５、ＳＵＳ６、ＳＵＳ７。然而被分在ＮＧ族中的ＳＵＳ７尽管在理化性质上与其他的同源基因差异不大，但是从进化的分歧度和系统进化树显示，它是该家族中与其他成员差异最明显的。
２．２棉花ＳＵＳ基因的表达模式分析
）、分别提取徐州１茎、叶、花和３Ｄ４２野生型和突变体的根、ＰＡ（Ｄａｏｓｔａｎｔｈｅｓｉｓ６ＤＰＡ、９ ｙｐ 通过Ｒ１５ＤＰＡ、２１ＤＰＡ、２４ＤＰＡ纤维的总ＲＮＡ，Ｔ－ＰＣＲ的方法以各个基因特异性引物扩增ＤＰＡ、（，根、茎、叶、花中的Ｓ并以棉花Ａ结果如图２使用凝胶成像系统分别进行ＵＳ基因，ｃｔｉｎ为内参，Ａ，Ｂ）（。Ｓ如图２茎、叶、花中都有表达，且表达情况基本一灰度扫描，Ｃ，Ｄ）ＵＳ１在野生型和突变体的根、在根和叶中表达量低，在茎中表达量最高，从纤维发育阶段的表达量来看，致，ＳＵＳ１的表达模式在２种材料中趋势基本相同，之后呈逐渐上升趋势，说明该基因很可能是组成型表达９ＤＰＡ表达量最低，的基因。如：拟南芥中Ａ茎、叶、花及角果中均有表达，为组成型表达。ＳｔＳＵＳ１在根、ＵＳ２在正常培野生型在纤维发育阶段有少量表达，而在突变体纤维发育阶段没有表达，养的各个组织表达量很低，
可能该基因与纤维后期的伸长有关。Ｓ茎、叶、花以及纤维发育阶段野生型和突ＵＳ３表达情况在根、变体中相似，根中有少量的表达，在茎、叶、花中表达量都比较高，且差异不大。纤维发育时期，ＳＵＳ３表达量没有表现出差异，说明Ｓ可在叶、茎、花中表达。此现象与拟南ＵＳ３对棉花不具有组织特异性，
１６］
。芥的Ａ该基因主要在拟南芥的角果中表达，在根、茎、叶、花中表达量很低［ｔＳＵＳ３基因不同，
叶中相对低表达。纤维发育阶段，在野生ＳＵＳ４在野生型和突变体的棉花组织中表达呈相同的趋势，
型中，却表现完全相反的ＳＵＳ４的表达量呈先上升后下降的趋势，１５ＤＰＡ时达到最高值。突变体中，趋势，然后逐渐下降，到１之后又上升。Ｓ３ＤＰＡ时表达量较高，５ＤＰＡ时到达最低值，ＵＳ４与ＳＵＳ１、在纤维发育过程中，野生型和突变体中均有表达，可能也属于组ＳＵＳ３相似性都高达９３．９％、９３．６％，成性表达。Ｓ但是在突变体中没有检测到。茎中，野生型表达量极低，突ＵＳ５在野生型的根中表达，变体却是最高的。在野生型叶片中表达量略比茎中高些，在突变体叶片中表达量却比茎的低。野生都是高表达。然而突变体花瓣中Ｓ型花瓣中ＳＵＳ５表达量与根中类似，ＵＳ５的表达量与根中表达情况也相似，都是低表达。这个现象首次在２种相同遗传背景的棉花中发现，其机制还不清楚。ＳＵＳ６在突变体和野生型的根中也都是低表达，在茎、叶、花中表达量没有显著的区别。野生型中ＳＵＳ６在突变体中在２说明Ｓ１５～２１ＤＰＡ表达量较高，１～２４ＤＰＡ表达量达到峰值。ＵＳ６没有组织特异性，
年年会论文汇编中国棉花学会图１ ＳＵＳ基因家族进化树
Ｆｉ．１ Ｐｈｌｏｅｎｅｔｉｃｔｒｅｅｏｆｓｕｃｒｏｓｅｓｎｔｈａｓｅｆａｍｉｌｉｎｌａｎｔ ｇｙｇｙｙｐ
年年会论文汇编中国棉花学会［６］
但具有发育时期特异性，与Ｈ报道的水稻Ｓｉｒｏｓｅ等人１ＵＳ２的现象相同。令人惊奇的是，ＳＵＳ７在野生型和突变体的根、茎、叶和花中都表达。野生型中，在６～９ＤＰＡ表达量上升，９～１５ＤＰＡ期间没
到２之后迅速下降；而在突变体中，该基因在有检测到表达，１ＤＰＡ时检测到了ＳＵＳ７有大量表达，根、茎、叶、花中与野生型的表达类似，但在纤维发育阶段却没有ＳＵＳ７的表达。ＳＵＳ７可能是作者发现的与纤维发育关系最密切的一个基因，野生型中不仅在各组织中均有表达，而且在纤维起始时期该基因表达量增高，但２在突变体中该基因只在根、９ＤＰＡ，１５ＤＰＡ时降低，１ＤＰＡ时又有显著增加；
［３］茎、叶、花中表达，纤维中没有表达。Ｒ的实验也说明对棉花Ｓｕａｎ等人１ＵＳ基因的抑制能够强烈地
阻碍纤维的生长。
综上所述，半定量ＲＴ－ＰＣＲ结果初步表明棉花组织和不同发育时期纤维中ＳＵＳ表达具有组织和发育阶段特异性，并且不同的发育阶段，所占主导作用的基因也不同，我们的研究结果初步显示，但有待利用基因敲除等方法进行进一步的验证
。ＧｈＳＵＳ７基因可能与纤维生长发育密切相关，
注：Ａ：野生型半定量分析；突变体半定量分析；野生型灰度扫描；突变体灰度扫描；Ｂ：Ｃ：Ｄ：
空白；根；茎；叶；花；ＢＬ：Ｒ：Ｓ：Ｌ：Ｐ：３Ｄ：３ＤＰＡ；６Ｄ：６ＤＰＡ；９Ｄ：９ＤＰＡ；１５Ｄ：１５ＤＰＡ；２１Ｄ：２１ＤＰＡ；２４Ｄ：２４ＤＰＡ。
图２ 野生型及突变体徐１４２半定量分析
Ｆｉ．２ＳｅｍｉｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅａｎａｌｓｉｓｏｆｗｉｌｄｔｅａｎｄｍｕｔｉａｎｔＸｕ１４２－ｑ ｇｙｙｐ
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