Page 15 - 《广西植物》2024年第2期

２ 期 王嘉雯等: 马尾松 ＨＤＲ 基因克隆及其对旱与盐胁迫的响应 ２ １ ７

ｉｎｖｏｌｖｅｄ ｉｎ ｓｔｒｅｓｓ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｕｎｄｅｒ ｄｒｏｕｇｈｔ ａｎｄ ｓａｌｔ ｓｔｒｅｓｓꎬ ｔｈｅ ｏｐｅｎ ｒｅａｄｉｎｇ ｆｒａｍｅ ｏｆ ＰｍＨＤＲ ｇｅｎｅ ｗａｓ ｃｌｏｎｅｄꎬ ａｎｄ
ｂｉｏｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎꎬ ｔｉｓｓｕｅ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ ａｎｄ ｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ. Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｗｅｒｅ ａｓ ｆｏｌｌｏｗｓ: (１) Ｔｈｅ
ｃｏｄｉｎｇ ｒｅｇｉｏｎ ｌｅｎｇｔｈ ｏｆ ＰｍＨＤＲ ｇｅｎｅ ｉｓ １ ４５８ ｂｐꎬ ｅｎｃｏｄｉｎｇ ４８５ ａｍｉｎｏ ａｃｉｄｓꎬ ａｎｄ ｉｔｓ ｅｎｃｏｄｅｄ ｐｒｏｔｅｉｎ ｃｏｎｔａｉｎｓ ｔｈｅ ｃｏｒｅ
ｓｅｑｕｅｎｃｅ ｏｆ ＬｙｔＢ/ ＩｓｐＨ ｇｅｎｅ ｓｕｐｅｒｆａｍｉｌｙ ａｎｄ ＰＬＮ０２８２１ ｍｕｌｔｉｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｄｏｍａｉｎꎬ ｗｈｉｃｈ ｂｅｌｏｎｇｓ ｔｏ ｔｈｅ ＨＤＲ
ｆａｍｉｌｙ. (２) Ｔｈｅ ＰｍＨＤＲ ｃｏｄｏｎ ｕｓｅ ｐｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｗａｓ ｗｅａｋꎬ ｗｉｔｈ ａ ｐｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｃｏｄｏｎｓ ｅｎｄｉｎｇ ｉｎ Ａ/ Ｕ. Ｎｉｃｏｔｉａｎａ
ｔａｂａｃｕｍꎬ Ａｒａｂｉｄｏｐｓｉｓ ｔｈａｌｉａｎａ ａｎｄ Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ ｗｅｒｅ ｍｏｒｅ ｓｕｉｔａｂｌｅ ａｓ ｉｔｓ ｈｅｔｅｒｏｌｏｇｏｕｓ ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ
ｒｅｃｅｐｔｏｒｓ. (３) Ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｑＲＴ￣ＰＣＲ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ＰｍＨＤＲ ｇｅｎｅ ｗａｓ ｍｏｓｔ ｈｉｇｈｌｙ ｅｘｐｒｅｓｓｅｄ ｉｎ ｏｌｄ ｎｅｅｄｌｅｓ ｏｆ Ｐｉｎｕｓ
ｍａｓｓｏｎｉａｎａꎬ ｆｏｌｌｏｗｅｄ ｂｙ ｙｏｕｎｇ ｎｅｅｄｌｅｓꎬ ｙｏｕｎｇ ｓｔｅｍ ａｎｄ ｏｌｄ ｓｔｅｍ ａｎｄ ｌｅａｓｔ ｅｘｐｒｅｓｓｅｄ ｉｎ ｒｏｏｔ. (４) Ｔｈｅ ｇｅｎｅ ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ
ｖｅｃｔｏｒ ｐＢＩ１２１￣ＰｍＨＤＲ ｗａｓ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ ａｎｄ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｄ ｉｎｔｏ Ａｒａｂｉｄｏｐｓｉｓ ｔｈａｌｉａｎａ. Ｔｈｅ ｔｒａｎｓｇｅｎｉｃ Ａ. ｔｈａｌｉａｎａ ｓｈｏｗｅｄ
ｇｒｅａｔｅｒ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｔｏ ｄｒｏｕｇｈｔ ａｎｄ ｓａｌｔ ｓｔｒｅｓｓ. Ｔｈｅｓｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎｄｉｃａｔｅ ｔｈａｔ ＰｍＨＤＲ ｉｓ ｉｎｖｏｌｖｅｄ ｉｎ ｐｌａｎｔ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ａｎｄ
ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ ｔｏ ｄｒｏｕｇｈｔ ａｎｄ ｓａｌｔ ｓｔｒｅｓｓꎬ ａｎｄ ｐｒｏｖｉｄｅ ｓｏｍｅ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｓｕｐｐｏｒｔｓ ｆｏｒ Ｐｉｎｕｓ ｍａｓｓｏｎｉａｎａ ｓｔｒｅｓｓ￣ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ
ｂｒｅｅｄｉｎｇ.
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ: Ｐｉｎｕｓ ｍａｓｓｏｎｉａｎａꎬ ＰｍＨＤＲꎬ ｔｅｒｐｅｎｏｉｄｓꎬ ｇｅｎｅ ｃｌｏｎｉｎｇꎬ ｓｔｒｅｓｓ ｒｅｓｐｏｎｓｅ

马尾松(Ｐｉｎｕｓ ｍａｓｓｏｎｉａｎａ) 为松科松属高大乔 的一类(罗永明等ꎬ２００３)ꎬ其以异戊二烯为基本单
木ꎬ是我国古老的本土针叶树种ꎬ也是我国特有的 位ꎬ共同前体物为异戊烯焦磷酸( ＩＰＰ) 和其异构体
速生树种之一ꎬ广泛分布于秦岭—淮河以南ꎬ云贵 二甲烯焦磷酸(ＤＭＡＰＰ) (Ｎｉｓａｒ ｅｔ ａｌ.ꎬ ２０１５ꎻ 孙丽
高原以东 １７ 个省、自治区、直辖市ꎬ为我国分布面 超等ꎬ２０１７)ꎮ ＩＰＰ 和 ＤＭＡＰＰ 在生物体内的合成
积最广的针叶林树种( 李爱民等ꎬ２００８)ꎮ 随着全 主要有甲羟戊酸途径( ＭＶＡ ｐａｔｈｗａｙ) 和丙酮酸途
球气候变暖ꎬ水资源短缺问题日益严重ꎬ大范围持 径(ＭＥＰ ｐａｔｈｗａｙ) 两种途径( 赵乐等ꎬ２０１６ꎻ 陈晓
续性干旱和土地盐渍化对我国的农林生产造成了 明ꎬ２０１８)ꎮ 其中ꎬＭＶＡ 途径主要参与倍半萜的合
严重威胁ꎬ使植物生长受限且使植物体内的有机 成(Ｅｉｓｅｎｒｅｉｃｈ ｅｔ ａｌ.ꎬ ２００１)ꎬＭＥＰ 途径主要参与单

物成分发生改变ꎬ影响其价值与产量 ( Ｐｉｃｈｌｅｒ ＆ 萜、二萜和类 胡 萝 卜 素 等 的 合 成 ( Ｒｏｈｍｅｒꎬ１９９９ꎻ
Ｏｂｅｒｈｕｂｅｒꎬ ２００７ꎻ张金凤等ꎬ２０２１)ꎬ对我国的农林 张艺丹等ꎬ２０１９)ꎮ １￣羟基￣２￣甲基￣２￣( Ｅ)￣丁烯基￣
生产造成了严重威胁ꎬ因此提高树木对干旱和盐 ４￣焦磷酸还原酶( ＨＤＲ) 是 ＭＥＰ 途径的末端活性
胁迫的抗性一直是森林培育的主要目标之一ꎮ 马 酶ꎬ催 化 １￣羟 基￣２￣甲 基￣２￣( Ｅ)￣丁 烯 基￣４￣焦 磷 酸
尾松作为我国重要的木材、采脂树种和荒山造林 (ＨＭＢＰＰ)发生还 原 反 应 并 以 ５ ∶ １ 的 比 例 生 成
先锋树种之一(徐向华和丁贵杰ꎬ２００６)ꎬ具有较强 ＩＰＰ 与 ＤＭＡＰＰ 的混合物ꎬ具有提供前体萜类物质
的抗逆性ꎬ但仍被重度干旱胁迫显著抑制了高和 和主 要 限 速 作 用 ( Ｐｅｎｇ ｅｔ ａｌ.ꎬ ２０１１ꎻ 王 颖 等ꎬ
生物量的增长ꎬ严重影响其生长和繁殖( 全文选和 ２０１４)ꎮ
丁贵杰ꎬ２０１７)ꎬ因此研究马尾松对干旱和盐胁迫 Ｃｕｎｎｉｎｇｈａｍ 等( ２０００) 早 期 发 现 在 大 肠 杆 菌

的适应机制至关重要ꎮ 中ꎬＨＤＲ 基因对 ＭＥＰ 途径有限制性作用ꎻ在番茄
植物在遭受生物或非生物胁迫时ꎬ会在叶片 ( Ｌｙｃｏｐｅｒｓｉｃｏｎ ｅｓｃｕｌｅｎｔｕｍ ) 果 实 成 熟 和 拟 南 芥

释放挥发性物质ꎬ包括萜烯类和脂肪酸衍生物等ꎬ (Ａｒａｂｉｄｏｐｓｉｓ ｔｈａｌｉａｎａ)幼苗脱硫这两个大量产生类
这些 物 质 具 有 直 接 和 间 接 的 信 号 调 控 作 用 胡萝卜素的过程中ꎬＨＤＲ 转录水平明显增加ꎬ说明
(Ｌａｏｔｈａｗｏｒｎｋｉｔｋｕｌ ｅｔ ａｌ.ꎬ２００８)ꎬ能够及时激活脱落 ＨＤＲ 表达与类胡萝卜素的积累有关( Ｂｏｔｅｌｌａ￣Ｐａｖíａ
酸(ＡＢＡ)、茉莉酸甲酯( ＭｅＪＡ)、油菜素内酯( ＢＲ) ｅｔ ａｌ.ꎬ ２００４ )ꎻ 张 雯 等 ( ２００８ ) 对 银 杏 ( Ｇｉｎｋｇｏ
等植物激素的合成和信号转导通路ꎬ调节相关基 ｂｉｌｏｂａ)的研究显示ꎬ转入 ＨＤＲ 基因的银杏与野生
因表达ꎬ以缓解或适应胁迫环境( 阎秀峰等ꎬ２００７ꎻ 型银 杏 相 比ꎬ 总 内 酯 含 量 显 著 提 高ꎻ Ｃｈｅｎ 等
Ｏｂａｔａ ＆ Ｆｅｒｎｉｅꎬ ２０１２)ꎮ 其中ꎬ萜类化合物响应干 (２０１０)对萝芙 木 ( Ｒａｕｖｏｌｆｉａ ｖｅｒｔｉｃｉｌｌａｔａ) 的 研 究 发
旱胁迫的程度较高ꎬ在植物抵抗逆境胁迫的过程 现ꎬＭｅＪＡ、乙酰水杨酸( ＡＳＡ)、ＡＢＡ、紫外光( ＵＶ)
中起到重要作用( Ｒａｓｔｏｇｉ ｅｔ ａｌ.ꎬ２０１９)ꎮ 萜类化合 等激发子可以诱导上调 ＨＤＲ 基因的转录水平ꎻ在
物是植物次生代谢产物中最丰富、结构最多样化 铁皮石斛(Ｄｅｎｄｒｏｂｉｕｍ ｏｆｆｉｃｉｎａｌｅ)中ꎬＨＤＲ 基因的表