抗除草剂稗草中谷胱甘肽转移酶基因的克隆和分析

【作者】 李永丰； 杨霞； 王笑；

【机构】 江苏省农业科学院植物保护研究所；

【摘要】 谷胱甘肽S-转移酶(Glutathione S-transferases,GSTs)是一类由超基因家族编码的古老的多功能酶类,能够催化还原型谷胱甘肽(GSH)的硫基与许多内源或外源有毒化合物的亲电子基团与结合形成GSH-S-复合物,增加其亲水性且毒性降低最终排出体外,达到解毒植物作用。稗草(Echinochloa crus-galli)是严重影响我国水稻稳产、高产的主要恶性杂草之一,其对稻田除稗剂产生的抗药性使其成为最具抗药性杂草之一。因此挖掘和深入研究抗药性稗草中的GST基因对研究稗草的抗性机制和GSTs解毒机理具有重要意义,为改良作物抗逆性、开发新型除草剂提供理论依据。以玉米(Zea mays)Zeta类GST基因和Phi类GST基因序列作为探针设计引物,利用PCR方法从3叶期左右的多抗性稗草(Echinochloa crusgalli)中克隆到两个谷胱甘肽转移酶基因EcGSTZ1(GenBank登录号为JX122857)和EcGSTF1(G3enBank登录号为JX122858)。经序列分析和系统进化树分析表明EcGSTZ1基因属于Zeta家族,EcGSTF1基因属于Phi家族,与禾本科植物高粱、玉米、二穗短柄草和粳稻的GSTs基因都有较高的同源性;构建融合表达载体pET28b-EcGSTF1和pET28b-EcGSTZ1,转化大肠杆菌BL21,分别用0.4mM IPTG诱导0h、1h、2h、3h、4h和5h后进行12%SDS-PAGE电泳。结果表明,pET28b-EcGSTZ1和pET28b-EcGSTF1经IPTG诱导后能够表达,表达蛋白大小约26KDa,与GST蛋白预测分子量一致;利用实时荧光定量PCR技术,以β-actin基因为内参,分析了多种除草剂(二氯喹啉酸、五氟磺草胺和双草醚)处理三叶期抗药性稗草苗后GSTs基因表达情况,结果表明,EcGSTZ1基因施药后表达量是施药前的5.3倍,EcGSTF1基因施药后表达量是施药前的5.1倍。综上所述,稗草中GSTs对除草剂有解毒作用,Phi类GSTs更为突出,这为深入研究植物解毒机理和不同家族GSTs主要功能提供有用信息。更多还原