Page 132 - 《广西植物》2025年第7期

１ ３ ２ ４ 广 西 植 物 ４５ 卷
ｍｏｄｅｌ ｐｌａｎｔ ｗｉｔｈ ｍａｎｙ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｓｕｃｈ ａｓ ａ ｓｍａｌｌ ｇｅｎｏｍｅ ａｎｄ ｌｏｗ ｇｅｎｅ ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ. Ｔｏ ｅｘｐｌｏｒｅ ｔｈｅ ｒｅｇｕｌａｔｏｒｙ
ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ＰＰ２Ａ ｉｎ ｐｌａｎｔ ｇｒｏｗｔｈꎬ ｔｈｅ ｆｕｌｌ￣ｌｅｎｇｔｈ ｃｏｄｉｎｇ ｒｅｇｉｏｎ ｏｆ ＭｐＰＰ２Ａ￣Ａ ｓｕｂｕｎｉｔ ｗａｓ ｃｌｏｎｅｄ ｆｒｏｍ Ｍ.
ｐｏｌｙｍｏｒｐｈａꎬ ａｎｄ ｉｔｓ ｔｉｓｓｕｅ ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ ｗａｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｂｉｏｉｎｆｏｒｍａｔｉｃｓ ｓｏｆｔｗａｒｅ ａｎｄ ｒｅａｌ￣ｔｉｍｅ ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ
ＰＣＲ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ. Ａｔ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｔｉｍｅꎬ ａ ｋｎｏｃｋｏｕｔ ｍｕｔａｎｔ ｏｆ ＭｐＰＰ２Ａ￣Ａ ｇｅｎｅ ｗａｓ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ. Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｗｅｒｅ ａｓ ｆｏｌｌｏｗｓ:
(１) Ｔｈｅ ｆｕｌｌ￣ｌｅｎｇｔｈ ｃｏｄｉｎｇ ｒｅｇｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ＭｐＰＰ２Ａ￣Ａ ｇｅｎｅ ｗａｓ １ ７６１ ｂｐꎬ ｅｎｃｏｄｉｎｇ ５８６ ａｍｉｎｏ ａｃｉｄｓꎬ ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ ｔｈｒｅｅ
ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｄｏｍａｉｎｓ ａｎｄ ｎｏ ｓｉｇｎａｌ ｐｅｐｔｉｄｅ. (２) Ｔｈｅ ａｍｉｎｏ ａｃｉｄ ｓｅｑｕｅｎｃｅ ａｌｉｇｎｍｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎｄｉｃａｔｅｄ ｔｈａｔ ＰＰ２Ａ￣Ａ
ｗａｓ ｒｅｌａｔｉｖｅｌｙ ｃｏｎｓｅｒｖｅｄ ｄｕｒｉｎｇ ｐｌａｎｔ ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ. (３) Ｒｅａｌ￣ｔｉｍｅ ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ ＰＣＲ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ
ｏｆ ＭｐＰＰ２Ａ￣Ａ ｇｅｎｅ ｉｎ ｔｈｅ ａｐｉｃａｌ ｎｏｔｃｈꎬ ｔｈａｌｌｕｓꎬ ａｎｄ ｇｅｍｍａ ｃｕｐ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ｓｕｃｃｅｓｓｉｖｅｌｙ. (４) Ｔｈｒｅｅ ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ ｍｕｔａｎｔ
ｌｉｎｅｓ ｗｅｒｅ ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｂｙ ＣＲＩＳＰＲ/ Ｃａｓ９ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ. Ｉｔ ｗａｓ ｆｏｕｎｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｇｅｍｍａ ａｒｅａ ｏｆ ｍｕｔａｎｔｓ ｗａｓ
ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｒｅｄｕｃｅｄ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｗｉｌｄ￣ｔｙｐｅ Ｔａｋ１ꎬ ａｎｄ ｔｈｅｉｒ ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ ｗａｓ ａｂｎｏｒｍａｌ. Ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ
ＭｐＰＰ２Ａ￣Ａ ｇｅｎｅ ｐｌａｙｓ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｒｏｌｅ ｉｎ ｔｈｅ ｇｒｏｗｔｈ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ Ｍ. ｐｏｌｙｍｏｒｐｈａ ｇｅｍｍａꎬ ｌａｙｉｎｇ ａ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｆｕｒｔｈｅｒ
ｅｘｐｌｏｒｉｎｇ ｔｈｅ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ＰＰ２Ａ￣Ａ ｇｅｎｅ ｉｎ ｒｅｇｕｌａｔｉｎｇ ｐｌａｎｔ ｇｒｏｗｔｈ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｉｎ ｔｈｅ ｆｕｔｕｒｅ.
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ: ＰＰ２Ａꎬ Ｍａｒｃｈａｎｔｉａ ｐｏｌｙｍｏｒｐｈａꎬ ｇｅｎｅ ｃｌｏｎｉｎｇꎬ ＣＲＩＳＰＲ/ Ｃａｓ９ꎬ ｖｅｃｔｏｒ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ

蛋白质的磷酸化和去磷酸化修饰在细胞信号 深入的研究ꎬ并且双突变体或三突变体在种系传
转导中起着至关重要的作用ꎮ 长期以来ꎬ研究者 递中的效率较低ꎬ这显著延长了实验周期ꎬ因此目

们主要聚焦于蛋白激酶在磷酸化修饰中的作用ꎬ 前对其具体的调控机理尚不清楚ꎮ
而对去磷酸化修饰的研究甚少ꎮ 蛋白磷酸酶 ２Ａ 地钱(Ｍａｒｃａｎｔｉａ ｐｏｌｙｍｏｒｐｈａ) 作为陆地植物的
(ｐｒｏｔｅｉｎ ｐｈｏｓｐｈａｔａｓｅ ２Ａꎬ ＰＰ２Ａ) 作为一种高度保 最早分支ꎬ容易繁殖和传播ꎬ生命周期短ꎬ基因组
守且功能多样的丝氨酸 / 苏氨酸磷酸酶ꎬ由大量寡 小ꎬ约为 ２８０ Ｍｂꎬ并且大多数基因都是单拷贝的
聚酶组成(Ｖｉｒｓｈｕｐꎬ ２０００)ꎮ 在结构上ꎬＰＰ２Ａ 是一 (Ｂｏｗｍａｎ ＆ Ｋｏｄａｍａꎬ ２０１７)ꎮ 近年来ꎬ地钱转化技
种异源三聚体复合物ꎬ由支架亚基( Ａ)、调节亚基 术 ( Ｋｕｂｏｔａ ｅｔ ａｌ.ꎬ ２０１３ꎻ Ｔｓｕｂｏｙａｍａ ＆ Ｋｏｄａｍａꎬ
(Ｂ)和催化亚基(Ｃ)所组成ꎬ这种异源三聚体结构 ２０１８)及定向基因组修饰( Ｓａｎｄｌｅｒ ｅｔ ａｌ.ꎬ ２０２３) 已
使其具有更高的灵活性和功能多样性ꎮ 其中ꎬＡ 成熟ꎬ因此地钱已逐步成为研究植物进化、分子、
亚基和 Ｃ 亚基普遍存在ꎬ高度保守ꎬ而 Ｂ 亚基的表 细胞和 发 育 等 问 题 的 模 式 植 物 ( Ｉｓｈｉｚａｋｉ ｅｔ ａｌ.ꎬ
达模式更特异ꎮ ＰＰ２Ａ 在植物的生长发育及免疫 ２０１６ꎻ Ｋｏｈｃｈｉ ｅｔ ａｌ.ꎬ ２０２１ꎻ Ｎａｒａｍｏｔｏ ｅｔ ａｌ.ꎬ ２０２２ꎻ
调控中至关重要(Ｌｉｌｌｏ ｅｔ ａｌ.ꎬ ２０１４)ꎮ 前人研究表 Ｂｏｗｍａｎ ｅｔ ａｌ.ꎬ ２０２２)ꎮ 相较于拟南芥ꎬ地钱具有
明其参与了 ＡＢＡ 响应( Ｐｕｎｚｏ ｅｔ ａｌ.ꎬ ２０１８)、生长 基因冗 余 性 较 低 的 特 点ꎬ 其 基 因 组 中 仅 有 １ 个
素运输(Ｍｉｃｈｎｉｅｗｉｃｚ ｅｔ ａｌ.ꎬ ２００７)、油菜素内酯信 ＰＰ２Ａ￣Ａ 基因ꎬ即 ＭｐＰＰ２Ａ￣Ａꎮ 因此ꎬ以地钱为材料
号传导(Ｔａｎｇ ｅｔ ａｌ.ꎬ ２０１１)、乙烯信号传导( Ｚｈｕ ｅｔ 更有利于深入研究 ＰＰ２Ａ￣Ａ 的功能ꎮ
ａｌ.ꎬ ２０２１)、 盐 胁 迫 ( Ｚｈａｏ ｅｔ ａｌ.ꎬ ２０１９ ) 及 开 花 ＣＲＩＳＰＲ/ Ｃａｓ９ 系统是一种常用的基因编辑工
(Ｈｅｉｄａｒｉ ｅｔ ａｌ.ꎬ ２０１３) 等多个生理过程ꎬ特别是在 具ꎬ它的出现推动了植物生物学研究和作物改良等
激素调节、逆境响应中(Ｃｈｅｎ ｅｔ ａｌ.ꎬ ２０１４)ꎮ 多方面的发展ꎮ 其操作简单、效率高是研究植物基
目前ꎬ关于植物 ＰＰ２Ａ 的研究主要集中在拟南 因功能的重要手段 ( 霍晋彦等ꎬ２０１９)ꎮ ＣＲＩＳＰＲ/
芥中ꎬＦａｒｋａｓ 等( ２００７) 报道表明ꎬ拟南芥有 ３ 个 Ｃａｓ９ 通过定向切割特定的 ＤＮＡ 序列ꎬ可诱导基因
ＰＰ２Ａ￣Ａ 基因、１７ 个 ＰＰ２Ａ￣Ｂ 基因、５ 个 ＰＰ２Ａ￣Ｃ 基 组的定点突变ꎬ从而揭示特定基因的功能(马兴亮

因ꎮ 其参与多种激素信号传导及细胞分化过程ꎮ 和刘耀光ꎬ２０１５)ꎮ 目前ꎬＣＲＩＳＰＲ/ Ｃａｓ９ 技术已在多
其中ꎬＲＣＮ１ 基因编码的 ＰＰ２Ａ￣Ａ 亚基在生长素运 种植 物 中 得 到 应 用ꎬ 包 括 但 不 限 于 水 稻 ( Ｏｒｙｚａ
输中发挥着重要作用ꎮ ＲＣＮ１ 的缺失会导致拟南 ｓａｔｉｖａ)、 小 麦 ( Ｔｒｉｔｉｃｕｍ ａｅｓｔｉｖｕｍ)、 高 粱 ( Ｓｏｒｇｈｕｍ

芥根系卷曲、下胚轴钩形成异常、细胞长度不均、 ｂｉｃｏｌｏｒ )、 拟 南 芥 ( Ａｒａｂｉｄｏｐｓｉｓ ｔｈａｌｉａｎａ )、 烟 草
向地性反应及极向性生长素运输的缺陷( Ｄｅｒｕèｒｅ (Ｎｉｃｏｔｉａｎａ ｔａｂａｃｕｍ)和甜橙(Ｃｉｔｒｕｓ ｓｉｎｅｎｓｉｓ)(曾秀英
ｅｔ ａｌ.ꎬ １９９９)ꎮ 由于在拟南芥中ꎬ编码 ＰＰ２Ａ￣Ａ 亚 和侯学文ꎬ２０１５)ꎮ 这表明 ＣＲＩＳＰＲ/ Ｃａｓ９ 技术在植
基的基因共有 ３ 个ꎬ基因功能冗余阻碍了我们更 物基因组编辑领域具有广泛的应用潜力和实际应