Page 86 - 《广西植物》2020年第8期

８ 期 王赛赛等: 三种植物线粒体基因低温差异表达比较分析 １ １ ４ １

ｔｅｒｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｂｌａｓｔ ａｇａｉｎｓｔ ｔｈｅ ｍｉｔｏｃｈｏｎｄｒｉａ ｇｅｎｏｍｅｓ ｔｈａｔ ｗａｓ ｄｏｗｎｌｏａｄｅｄ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ＮＣＢＩ ｄａｔａｂａｓｅ. Ｐｒｏｍｏｔｅｒ ａｎａｌｙｓｉｓ
ｗａｓ ｐｅｒｆｏｒｍｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ＰｌａｎｔＣＡＲＥ ｏｎｌｉｎｅ ｗｅｂｓｉｔｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｍｅｇａ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｗａｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｐｈｙｌｏｇｅｎｅｔｉｃ ｔｒｅｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ. Ｔｈｅ
ｒｅｓｕｌｔｓ ｗｅｒｅ ａｓ ｆｏｌｌｏｗｓ: Ｉｎ ｔｏｔａｌꎬ ｔｈｅｒｅ ｗｅｒｅ ２ꎬ ２４ ａｎｄ １５ ＤＥＧｓ ｗｅｒｅ ｆｏｕｎｄ ｉｎ Ｓａｕｓｓｕｒｅａ ｉｎｖｏｌｕｃｒａｔａꎬ Ａｒａｂｉｄｏｐｓｉｓ
ｔｈａｌｉａｎａ ａｎｄ Ｌｙｃｏｐｅｒｓｉｃｏｎ ｅｓｃｕｌｅｎｔｕｍꎬ ａｎｄ ｔｈｅｓｅ ｇｅｎｅｓ ｗｅｒｅ ｍａｉｎｌｙ ｆｏｃｕｓｅｄ ｏｎ ｍｉｔｏｃｈｏｎｄｒｉａｌ ｒｉｂｏｓｏｍａｌ ａｎｄ ｅｌｅｃｔｒｏｎ
ｔｒａｎｓｆｅｒ ｃｈａｉｎ ｃｏｍｐｌｅｘ ｓｕｂｕｎｉｔｓꎻ Ａ ｆｅｗ ｇｅｎｅｓ ｗｅｒｅ ｓｅｅｍｅｄ ｔｏ ｒｅｌａｔｅ ｔｏ ｔｈｅ ｃｏｌｄ ａｄａｐｔａｔｉｏｎ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ ｌｅｖｅｌ ｗａｓ
ｐｏｓｉｔｉｖｅ ｔｏ ｔｈｅ ａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｃｏｌｄ ｔｏｌｅｒａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｔｈｒｅｅ ｐｌａｎｔｓꎬ ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ ｆｏｒ ｔｈｅ ＮＡＤ１ ａｎｄ ＮＡＤ５ ｇｅｎｅꎻ Ｔｈｒｏｕｇｈ ｃｌｕｓｔｅｒ
ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ ｐａｔｔｅｒｎｓꎬ Ｓａｕｓｓｕｒｅａ ｉｎｖｏｌｕｃｒａｔａ ａｎｄ Ａｒａｂｉｄｏｐｓｉｓ ｔｈａｌｉａｎａ ｗｅｒｅ ｍｏｒｅ ｓｉｍｉｌａｒ ｉｎ ｇｅｎｅｓ ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ
ｍｏｄｅ ｔｈａｎ Ｌｙｃｏｐｅｒｓｉｃｏｎ ｅｓｃｕｌｅｎｔｕｍꎬ ａｎｄ ｔｈｅ ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ ｍｏｄｅ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｇｅｎｅｓ ｈａｄ ａ ｑｕｉｔｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ
ｐｌａｎｔｓꎻ Ｆｕｒｔｈｅｒ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ ｔｈｅ ｃｏｎｓｅｒｖｅｄ ｍｏｔｉｆ ｓｅｑｕｅｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅｓｅ ｇｅｎｅｓꎬ ｔｈｅ ｓｅｑｕｅｎｃｅｓ ｏｆ Ｓａｕｓｓｕｒｅａ ｉｎｖｏｌｕｃｒａｔａ ｓｈｏｗｅｄ
ｍｏｒｅ ｃｌｏｓｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ａｌｐｉｎｅ ｐｌａｎｔｓ ｓｕｃｈ ａｓ Ｃｌｉｍａｃｉｕｍ ｄｅｎｄｒｏｉｄｅｓ ａｎｄ Ａｎｏｍｏｄｏｎ ｍｉｎｏｒ ｔｈａｎ ｔｈｅ ｏｔｈｅｒ ｃｏｍｐｏｓｉ￣
ｔａｅ ｐｌａｎｔｓ. Ｉｎ ｇｅｎｅｒａｌꎬ ｔｈｅ ｍｉｔｏｃｈｏｎｄｒｉａｌ ｇｅｎｅｓ ｈａｄ ａ ｑｕｉｔｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ ｔｈｅ ｓｅｑｕｅｎｃｅ ｏｆ ｃｏｎｓｅｒｖｅｄ ｍｏｔｉｆ ａｎｄ ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ
ｍｏｄｅ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｃｏｌｄ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ Ａｒａｂｉｄｏｐｓｉｓ ｔｈａｌｉａｎａꎬ Ｌｙｃｏｐｅｒｓｉｃｏｎ ｅｓｃｕｌｅｎｔｕｍ ａｎｄ Ｓａｕｓｓｕｒｅａ ｉｎｖｏｌｕｃｒａｔａ. Ｉｔ
ｗａｓ ｃｏｎｃｌｕｄｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｍｉｔｏｃｈｏｎｄｒｉａ ｇｅｎｅｓ ａｎｄ ｉｔｓ ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎａｌ ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｉｍｐｌｉｃａｔｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｃｏｌｄ ａｄａｐｔａｔｉｏｎ ｏｆ
ｐｌａｎｔｓ.
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ: ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｔｏｌｅｒａｎｃｅꎬ ｐｌａｎｔｓꎬ ｍｉｔｏｃｈｏｎｄｒｉａｌ ｇｅｎｅꎬ ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ ｍｏｄｅ

植物线粒体通过氧化磷酸化提供生命活动所 ｏｘｉｄａｓｅꎬ ＡＯＸ)、 解 偶 联 蛋 白 ( ｕｎｃｏｕｐｌｉｎｇ ｐｒｏｔｅｉｎꎬ
需的各种能量ꎬ在光呼吸代谢、Ｃ４ 植物的光合作 ＵＣＰ)等的表达水平受到冷或热胁迫的影响ꎬ预示

用和景天酸代谢(Ｐｉｃａｕｌｔ ｅｔ ａｌ.ꎬ ２００４) 等途径中发 着这些蛋白可能参与了植物对温度胁迫的响应过
挥着重要作用ꎮ 线粒体的主要功能是进行三羧酸 程(Ｙｉｎ ｅｔ ａｌ.ꎬ ２００９ꎻ Ｑｉｎ ｅｔ ａｌ.ꎬ ２００９ꎻ Ｔａｎ ｅｔ ａｌ.ꎬ
循环ꎬ通过电子传递链及氧化磷酸化合成 ＡＴＰꎬ这 ２０１２)ꎮ 但是ꎬ植物线粒体中存在有多条电子传递
里是物质彻底氧化分解的场所ꎬ为细胞内的各种 途径ꎬ低温胁迫对不同植物线粒体呼吸链的具体
生命活动提供能量ꎮ 此外ꎬ线粒体还与细胞内众 伤害位点也会不同( 刘美君等ꎬ ２０１４)ꎮ 如在对半

多代谢过程相关ꎬ如参与细胞内信号转导ꎬ调节细 耐寒植物豌豆(Ｐｉｓｕｍ ｓａｔｉｖｕｍ)的蛋白组研究中ꎬ低
胞内氧化还原电位ꎬ调控基因表达、细胞凋亡等 温对其电子传递链复合物的影响较小ꎬ主要影响
(Ｍｉｌｌａｒ ｅｔ ａｌ.ꎬ ２０１１)ꎮ 线粒体在植物响应逆境胁 的是线粒体中 ＡＯＸ 和 ＵＣＰ 的丰度( Ｔａｙｌｏｒ ｅｔ ａｌ.ꎬ
迫中有重要作用ꎬ在逆境胁迫下它们的形态结构 ２００９)ꎻ在对耐寒植物高山离子芥( Ｃｈｏｒｉｓｐｏｒａ ｂｕｎ￣
和生理功能会发生明显的变化ꎬ在一定程度上可 ｇｅａｎａ)研究中ꎬ低温对其线粒体的影响又出现不
作为表征植物对逆境条件耐受性的依据( 周宇飞 同ꎬ其线粒体中 ＡＯＸ 和 ＵＣＰ 含量变化较小ꎬ但呼
等ꎬ ２０１３)ꎮ 逆 境 胁 迫 会 引 起 呼 吸 代 谢 的 紊 乱 吸链复合体的变化较高( 常建锋ꎬ ２００７)ꎮ 这表明

( Ｖａｎｈｏｕｄｔ ｅｔ ａｌ.ꎬ ２０１１ꎻ Ｔｕｌａｈ ＆ Ｂｉｒｃｈ￣Ｍａｃｈｉｎꎬ 不同植物线粒体在应对低温胁迫时的响应机制有
２０１３)ꎬ造成活性氧的积累ꎬ过剩的 ＲＯＳ 会诱导或 所不同ꎬ其响应机制可能与其低温耐受性之间存
加剧膜脂过氧化程度ꎬ导致脂质过氧化物水平迅 在某种关联ꎮ
速提高(Ｓａｉｒａｍ ＆ Ｓｒｉｖａｓｔａｖａꎬ ２００２)ꎬ主要体现在线 本研究主要根据雪莲、拟南芥和番茄三种不
粒体膜和膜蛋白的损伤、线粒体蛋白质损伤、线粒 同低温耐受性植物的低温转录组ꎬ筛选并比较其

体 ＤＮＡ 损伤等(Ｒａｃｈｅｌ ｅｔ ａｌ.ꎬ ２００５ꎻ Ｆｏｙｅｒ ＆ Ｎｏｃ￣ 线粒体基因表达差异ꎬ来探索植物线粒体低温表
ｔｏｒꎬ ２０１０ꎻ 马晓蕾等ꎬ ２０１３)ꎮ 通过对冷胁迫下植 达模式与低温耐受性之间的关系ꎮ 通过对低温条
物线粒体蛋白组的研究发现ꎬ一些线粒体蛋白如 件下ꎬ三种不同低温耐受性植物线粒体基因表达
线粒体电子传递链( ｍｉｔｏｃｈｏｎｄｒｉａｌ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｔｒａｎｓｐｏｒｔ 差异比较和不同低温耐受性植物间线粒体基因进
ｃｈａｉｎꎬ ｍＥＴＣ)复合物 Ｉ－Ｖ、交替氧化酶( ａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅ 化关系的对比ꎬ来分析不同低温耐受性植物间低