植物CMO基因表达特性分析

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摘 要：在植物受到非生物胁迫时，甜菜碱是重要的小分子调节渗透剂，而胆碱单加氧酶（cmo）是合成甜菜碱过程中重要的酶。使用半定量PCR和荧光实时定量PCR方法可以准确的检测出非生物胁迫下CMO基因表达特性。

关键词：非生物胁迫，CMO基因，表达特性分析

1.基因的表达方式

1.1组成型表达

基因组成型表达是基因表达不受时期、部位、环境影响，没有时空特异性。在组成型启动子的驱动下，目的基因的表达水平大体恒定，在不同的组织器官和发育阶段的基因表达没有明显的差异，不受时空及外界因素的影响，蛋白质和mRNA的表达量也是相对稳定的，与外界环境的诱导无关，连续性表达。

1.2诱导型表达

随着气候和环境的不断恶化，一些生物或非生物胁迫影响着植物的生长于农作物的产量。这是因为有些基因表达极易受环境变化影响，在特定环境信号刺激下，有些基因的表达方面为开放或增强，这种表达方式称为诱导表达。基因的诱导表达是在诱导型启动子的驱动下进行的。

1.3组织特异性表达

组织特异性表达是指基因往往只在某些特定的器官或组织部位表达，并表现出发育调节的特性。基因的组织特异性表达是在组织特异启动子的调控下进行的。根据植物组织的不同，组织特异性启动子又分为根特异性启动子、茎特异启动子、叶特异启动子、花特异启动子和果实、种子特异启动子。

2.基因表达检测方法

2.1 RT-PCR

RT-PCR是半定量PCR反应，是一种常用的基因表达检测的方法，具有高度灵敏度和高的特异性。RT-PCR将RNA的反转录和以反转录产物cDNA为模板的聚合酶链式 扩增反应相结合的技术。RT-PCR既有优点也有缺点。

2.2 荧光实时定量PCR

荧光实时定量PCR已经广泛应用于基因表达检测的领域中，荧光实时定量PCR能够实时定量PCR产物的扩增量，弥补了半定量PCR只能定性不能定量的不足，使准确定量基因表达量成为了现实。荧光实时定量PCR就是在PCR反应中加入荧光集团，利用荧光信号的积累实现了实时监测整个PCR过程，对起始模板进行定量分析。SYBR Green是银光定量PCR最常用的DNA结合染料，可以与双链DNA结合并发出荧光。在游离的状态下SYBR Green发出微弱的荧光，一旦与双链DNA结合后，其荧光增强到游离状态的1000倍。所以，一个反应发出的全部荧光信号于存在的双链DNA数量呈正比，可以根据荧光信号金测出的PCR体系存在的双链DNA的数量。

3.CMO基因及其表达特性

胆碱单加氧酶（CMO）是由CMO基因编码合成甜菜碱的关键酶，一般存在于叶绿体中。Rathinasabapathi等人[1]首先在菠菜中克隆了编码CMO的完整的cDNA。现已经克隆了四翅滨藜、海蓬子、大麦、等植物中CMO cDNA的全序列。在山菠菜中，在盐胁迫处理四天后，AhCMO 基因转录水平提高了3倍[2]。在用400 mM NaCl处理山菠菜的根、茎和叶也出现同样的结果[3]。0.3 M NaCl 胁迫处理 12 h后，AmCMO 基因表达量有很显著的提高，当撤除盐胁迫恢复到正常生长状态72h后，AmCMO 基因表达量恢复到正常状态[4]。大麦在20% PEG4000和4℃冷胁迫处理24h后，HvCMO 基因转录水平有显著的提高[5]。

4.展望

我国盐碱化土地主要分布在华北平原，东北平原，西北内陆地区及滨海地区。土地盐碱化正以很快的速度发展，盐碱化土地面积在不断增加，生态环境逐渐恶劣。能耕种正常作物的土地越来越少。

使用半定量PCR检测和荧光实时定量PCR检测方法，分析CMO 基因的表达特性。根据本实验结果，我们可以从一个更新的视角去解读CMO基因在植物中的表达特性及起到的重要作用，也可以为抗逆基因工程提供一个更为有效的基因。更好的为盐碱地农作物的研究做出贡献。（作者单位：辽宁师范大学生命科学学院）

参考文献：

[1] Rathinasabapathi B，Burnet M，Russell BL et al（1997）Choline monooxygenase，an unusual iron-sulfur enzyme catalyzing the first step of glycine betaine synthesis in plants：prosthetic group characterization and cDNA cloning.Proc Natl Acad Sci USA 94：3454–3458

[2] Shen YG，Du BX，Zhang JS，et al（2001）Cloning and characterization of CMO gene from Atriplex hortensis.Chinese Journal of Biotechnology 17（1）：1-6

[3] Shen YG，Du BX，Zhang WK（2002）AhCMO，regulated by stresses in Atriplex hortensis，can improve drought tolerance in transgenic tobacco.Theor Appl Genet 105：815–821

[4] Nazmul HB，Akira H，Nana Y，et al（2007）Regulation of betaine synthesis by precursor supply and choline monooxygenase expression in Amaranthus tricolor.Journal of Experimental Botany 58：4203-4212

[5] Mitsuya S，Kuwahara J，Ozaki K，et al（2011）Isolation and characterization of a novel peroxisomal choline monooxygenase in barley.Planta 234（6）：1215-26