毛竹早期光誘導(dǎo)蛋白基因克隆及功能分析

婁永峰，高志民

（1. 江西省林業(yè)科學(xué)院 江西省植物生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西 南昌 330032；2. 國(guó)際竹藤中心 竹藤資源基因科學(xué)與基因產(chǎn)業(yè)化研究所 國(guó)家林業(yè)和草原局/北京市共建竹藤科學(xué)與技術(shù)重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室，北京 100102）

綠色植物吸收光能主要依靠捕光色素蛋白復(fù)合體(light harvesting complex，LHC)完成，該復(fù)合體由LHC基因家族編碼的蛋白結(jié)合葉綠素和類胡蘿卜素組成，而這些LHC基因的表達(dá)是受光照調(diào)控的。強(qiáng)光可以抑制LHC基因的轉(zhuǎn)錄表達(dá)，同時(shí)能誘導(dǎo)一些本身具有光保護(hù)功能的LHC-Like基因表達(dá)，例如強(qiáng)光下OHPs(one helix proteins)、SEPs(stress enhanced proteins)和ELIPs(early light induced proteins)基因的表達(dá)增加[1?2]。ELIPs是核基因編碼的受光誘導(dǎo)的葉綠體類囊體膜蛋白，最早發(fā)現(xiàn)于豌豆Pisum sativum黃化苗轉(zhuǎn)綠過程。在此過程中ELIPs比其他的光誘導(dǎo)蛋白出現(xiàn)的更早，并在光合細(xì)胞器葉綠體發(fā)育完全后迅速消失[3?4]。ELIPs在蛋白結(jié)構(gòu)上高度保守，目前已知的所有ELIPs都有3個(gè)α-螺旋跨膜結(jié)構(gòu)，其中螺旋Ⅰ和螺旋Ⅲ與光系統(tǒng)中所有捕光葉綠素a/b結(jié)合蛋白相應(yīng)部位有很高的序列同源性，因此ELIP蛋白被歸入葉綠素a/b結(jié)合蛋白超家族，并根據(jù)其跨膜螺旋數(shù)量分為3個(gè)亞組[2,5]。目前，已經(jīng)在擬南芥Arabidopsis thaliana[6]、葡萄Vitis vinifera[7]、紫花苜蓿Medicago sativa[8]、銀杏Ginkgo biloba[9]等多種植物中克隆鑒定獲得了ELIP基因。有關(guān)ELIP蛋白基因功能的研究也越來越得到研究者的重視。ELIPs是在有光的情況下產(chǎn)生的，在類囊體色素-蛋白質(zhì)復(fù)合物的光保護(hù)或組裝中起作用，也可在葉綠體到有色體的轉(zhuǎn)換中發(fā)揮作用，對(duì)光合作用系統(tǒng)起到光修復(fù)作用[10?12]。一些ELIP基因在山墻蘚Tortula ruralis中被干旱激活[13]，在豌豆中能被紫外線B波段(UV-B)激活[14]，在小麥Triticum aestivum中被低溫激活[15]。推測(cè)ELIPs除了具有光保護(hù)功能外，可能具有適應(yīng)與光抑制有關(guān)的非生物脅迫環(huán)境的功能[16]。此外，在擬南芥中發(fā)現(xiàn)，AtELIP1和AtELIP2基因的缺失會(huì)使其種子萌發(fā)率下降，且ELIP蛋白的抑制因子DAG1突變后，擬南芥種子萌發(fā)率則高于野生型，表明ELIP蛋白具有促進(jìn)種子萌發(fā)的作用[17]?？梢奅LIPs在多種生理過程中可能具有重要作用。毛竹Phyllostachys edulis是重要的森林資源，生長(zhǎng)迅速，材質(zhì)優(yōu)良，其光合作用一直倍受關(guān)注。人們已從竹子光合作用生理特性[18?19]、分子機(jī)理[20?25]等方面進(jìn)行了大量研究。然而，對(duì)于毛竹的ELIPs尚缺乏研究。本研究以毛竹為研究對(duì)象，克隆ELIP基因，全面分析它的分子特征及表達(dá)模式，構(gòu)建了PeELIP3表達(dá)載體并轉(zhuǎn)化模式植物擬南芥，對(duì)基因功能進(jìn)行了初步分析，以期為深入研究ELIP基因在竹子光保護(hù)中的生物學(xué)功能提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與處理

以實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)的毛竹實(shí)生苗為材料。培養(yǎng)條件：溫度為18～25 ℃，光周期為16 h/8 h，光照強(qiáng)度為250～350 μmol·m?2·s?1，待長(zhǎng)至 6個(gè)月時(shí)進(jìn)行光照處理。光強(qiáng)處理：將毛竹實(shí)生苗在黑暗適應(yīng) 24 h后分別移至于不同的光照強(qiáng)度 (0、300、600、900、1 200 和 1 500 μmol·m?2·s?1)下，處理 2 h 后取樣。強(qiáng)光處理：將毛竹實(shí)生苗置于 1 200 μmol·m?2·s?1的強(qiáng)光下，分別在處理后 0、0.5、1.0、2.0、4.0、8.0和12.0 h時(shí)取樣。黃化苗處理：在黑暗條件下培養(yǎng)毛竹實(shí)生黃化苗，待長(zhǎng)至1個(gè)月時(shí)，將毛竹黃化苗放置在 250～350 μmol·m?2·s?1的光照下進(jìn)行處理，分別在處理后 0、0.5、1.0、4.0 和 8.0 h 取樣，并以室內(nèi)正常光照 (250～350 μmol·m?2·s?1)條件下生長(zhǎng)的毛竹實(shí)生苗為對(duì)照 (ck)。3 次重復(fù)，每次重復(fù)的每個(gè)處理4～6株毛竹實(shí)生苗，所有處理均取苗頂端第3片葉為樣本，液氮速凍后置于?80 ℃保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2 毛竹 ELIP 基因克隆與序列分析

從前期毛竹基因組測(cè)序和RNA-Seq結(jié)果[22,26]中篩選出與擬南芥ELIPs相似的基因，暫時(shí)將其認(rèn)定為毛竹ELIP基因，并根據(jù)其序列設(shè)計(jì)特異性擴(kuò)增引物(表1)，進(jìn)行目的基因擴(kuò)增。利用Trizol法提取毛竹葉片的總RNA，并使用反轉(zhuǎn)錄試劑盒(Promage，美國(guó))合成cDNA作為模板。PCR產(chǎn)物經(jīng)瓊脂糖凝膠DNA回收試劑盒完成回收，然后連接到pGEM-T easy Vector，轉(zhuǎn)化大腸埃希菌Escherichia coliDH5α感受態(tài)細(xì)胞，篩選陽(yáng)性克隆，在生工生物工程(上海)股份有限公司進(jìn)行基因測(cè)序。

表1 引物序列Table 1 Sequence of primers

對(duì)克隆獲得的基因及其編碼的氨基酸序列進(jìn)行分析，其中編碼蛋白的基本理化性質(zhì)通過ExPasy(http://www.expasy.org/)在線工具獲取，相應(yīng)功能結(jié)構(gòu)域分析使用美國(guó)國(guó)家生物信息中心(NCBI)鏈接的在線數(shù)據(jù)庫(kù)CD Search (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/Structure/cdd/wrpsb.cgi)；利用Plant-mPLoc (http://www.csbio.sjtu.edu.cn/bioinf/plant/#)和WoLF PSORT (https://www.genscript.com/psort/wolf_psort.html)預(yù)測(cè)亞細(xì)胞定位。此外，利用MEGA 7.0[27]提供的Clustal W工具對(duì)毛竹ELIP基因編碼的氨基酸序列與其他物種ELIPs序列進(jìn)行比對(duì)分析，且使用鄰接法(neighbor-joining)構(gòu)建系統(tǒng)進(jìn)化樹，重復(fù)次數(shù)1 000次，其他參數(shù)使用系統(tǒng)默認(rèn)值。

1.3 毛竹 ELIPs基因的表達(dá)分析

根據(jù)獲得的毛竹ELIP基因序列的非保守區(qū)域設(shè)計(jì)定量引物(表1)。利用qRT-PCR技術(shù)分析毛竹ELIP基因在不同光照處理?xiàng)l件下的表達(dá)模式，反應(yīng)在qTower熒光定量PCR儀上進(jìn)行，體系為10.0 μL：2 × SYBR Ⅱ Green 1 Master 5.0 μL；正/反向引物各 0.3 μL (10 μmol·L?1)；cDNA 模板 1.0 μL；H2O 3.4 μL。兩步法進(jìn)行PCR擴(kuò)增：95 ℃ 6 min；95 ℃ 10 s，62 ℃ 10 s，40個(gè)循環(huán)。選擇PeNTB為內(nèi)參基因[28]，基因的表達(dá)變化情況采用 2–ΔΔCt法分析[29]。

1.4 PeELIP3 植物表達(dá)載體構(gòu)建

通過PCR擴(kuò)增得到兩端分別帶有BamHⅠ和XbaⅠ酶切位點(diǎn)的PeELIP3基因片段，酶切回收純化后，將目的片段連接到pCAMBIA1301載體的多克隆位點(diǎn)，得到重組質(zhì)粒pCAMBIA1301-PeELIP3。經(jīng)測(cè)序驗(yàn)證正確后，將植物表達(dá)載體質(zhì)粒利用電擊法導(dǎo)入農(nóng)桿菌Agrobacterium tumefaciensEHA105菌株，并經(jīng)PCR驗(yàn)證正確后用于轉(zhuǎn)化擬南芥。

1.5 轉(zhuǎn)化擬南芥、篩選與鑒定

利用農(nóng)桿菌介導(dǎo)的浸花法[30]轉(zhuǎn)化擬南芥，獲得的T0代擬南芥種子經(jīng)消毒后播種在含50 mg·L?1潮霉素的1/2 MS培養(yǎng)基中培養(yǎng)，初步挑選出具有抗性的轉(zhuǎn)基因植株，并移栽到營(yíng)養(yǎng)土中。提取T1代候選轉(zhuǎn)基因植株的DNA，經(jīng)PCR擴(kuò)增PeELIP3基因序列，進(jìn)一步鑒定轉(zhuǎn)基因植株。在此基礎(chǔ)上，篩選轉(zhuǎn)基因植株至T3代，進(jìn)行后續(xù)分析。同時(shí)，利用半定量RT-PCR檢測(cè)PeELIP3在轉(zhuǎn)基因擬南芥中的表達(dá)水平[23]。

1.6 轉(zhuǎn)基因植株葉綠素?zé)晒鈪?shù)及熒光成像初步分析

參照韓志國(guó)等[31]方法，以3周的擬南芥植株為材料，利用IMAGING-PAM葉綠素?zé)晒鈨x進(jìn)行葉綠素?zé)晒鈪?shù)的測(cè)定，包括光系統(tǒng)Ⅱ最大光化學(xué)效率(Fv/Fm)、非光化學(xué)猝滅(NPQ)誘導(dǎo)曲線等。同時(shí)獲取擬南芥的葉綠素?zé)晒獬上?，分析野生型與轉(zhuǎn)基因擬南芥植株之間的非光化學(xué)猝滅差異。

2 結(jié)果和分析

2.1 PeELIPs基因克隆和序列分析

經(jīng)基因克隆、測(cè)序、序列分析和鑒定，從毛竹中獲得3個(gè)ELIP同源基因，分別命名為PeELIP1、PeELIP2和PeELIP3。序列分析表明：3個(gè)PeELIPs基因的開放閱讀框分別為498、540和549 bp，對(duì)應(yīng)編碼氨基酸大小分別為165、179和182個(gè)氨基酸，預(yù)測(cè)蛋白分子量為16.70、18.42和18.61 kDa。用DNAMAN分析3個(gè)PeELIPs基因編碼的氨基酸序列，發(fā)現(xiàn)它們相互之間具有高度的相似性(80%以上)，其中PeELIP2和PeELIP3之間達(dá)到91.1%。分別對(duì)3個(gè)PeELIPs蛋白的保守結(jié)構(gòu)域進(jìn)行預(yù)測(cè)，結(jié)果顯示：它們的蛋白序列中都含有典型的捕光葉綠素a/b結(jié)合蛋白功能域，同時(shí)在該結(jié)構(gòu)上都有3個(gè)α-螺旋跨膜結(jié)構(gòu)，其中第1、3跨膜α-螺旋高度保守，且包括2個(gè)葉綠素結(jié)合位點(diǎn)：谷氨酸(Glu)殘基和天冬酰胺(Asn)殘基(圖1)，這一結(jié)構(gòu)域是捕光葉綠素a/b結(jié)合蛋白的典型結(jié)構(gòu)域[1,5]。因此，3個(gè)PeELIPs均屬于葉綠素a/b結(jié)合蛋白超家族成員。序列比對(duì)分析發(fā)現(xiàn)：3個(gè)PeELIPs與水稻Oryza sativa、玉米Zea mays等單子葉植物的ELIPs具有較高的相似性，同源性達(dá)72%以上，而與擬南芥等雙子葉植物的ELIPs相似性較低，同源性低于67%。

用Plant-PLoc在線軟件進(jìn)行亞細(xì)胞定位預(yù)測(cè)顯示：PeELIP1和PeELIP2蛋白定位于葉綠體，而PeELIP3蛋白則定位在線粒體中。為了使預(yù)測(cè)結(jié)果更加準(zhǔn)確，使用蛋白亞細(xì)胞定位預(yù)測(cè)專業(yè)軟件WoLF PSORT在線對(duì)PeELIPs蛋白再次進(jìn)行預(yù)測(cè)，結(jié)果顯示：PeELIP1、PeELIP2和PeELIP3都最有可能定位于葉綠體中，進(jìn)一步支持了它們屬于葉綠素a/b結(jié)合蛋白超家族成員。

圖1 毛竹與擬南芥、水稻、玉米的ELIPs氨基酸序列比對(duì)Figure 1 Alignment of the deduced amino acid sequences of ELIPs from Ph. edulis, A. thaliana, O. sativa and Z. mays

2.2 ELIPs 系統(tǒng)進(jìn)化分析

為揭示PeELIPs與其他物種ELIPs之間的進(jìn)化關(guān)系，將PeELIPs與擬南芥、水稻、小立碗蘚Physcomitrellapatens等18個(gè)不同物種ELIPs的氨基酸序列進(jìn)行比對(duì)分析，并構(gòu)建進(jìn)化樹。結(jié)果(圖2)表明：ELIPs進(jìn)化可分為四大類，包括被子植物(雙子葉植物和單子葉植物)、藻類、苔蘚及裸子植物。毛竹ELIPs與水稻、玉米等單子葉植物ELIPs聚在一起，說明毛竹ELIPs與單子葉植物ELIPs蛋白具有較近的親緣關(guān)系，然后是雙子葉植物，與裸子植物、苔蘚植物及藻類家族的親緣關(guān)系較遠(yuǎn)，這與植物系統(tǒng)發(fā)育分類結(jié)果相一致。

圖2 基于ELIPs氨基酸序列構(gòu)建的系統(tǒng)進(jìn)化樹Figure 2 Phylogenetic tree based on the amino acid sequences of ELIPs

2.3 PeELIPs 基因的表達(dá)分析

為分析光照對(duì)PeELIPs基因表達(dá)的影響，選擇毛竹實(shí)生苗中的黃化苗為材料，進(jìn)行光照處理(光照強(qiáng)度 250～350 μmol·m?2·s?1)，以綠色正常苗為對(duì)照 (ck)。qRT-PCR 結(jié)果 (圖3)顯示：PeELIPs在毛竹黃化苗中僅檢測(cè)到微量的表達(dá)，而在光照條件處理后黃化苗中3個(gè)PeELIPs的基因表達(dá)量均顯著增加，其中PeELIP1和PeELIP2的表達(dá)量在光照處理的前1.0 h內(nèi)快速增加，分別在0.5和1.0 h達(dá)峰值，與未光照處理的黃化苗相比，分別增加約21倍和58倍，隨后出現(xiàn)下降趨勢(shì)，至8.0 h時(shí)仍然高于ck，分別約為ck的2倍和4倍。而PeELIP3的表達(dá)量隨光照處理時(shí)間的延長(zhǎng)而上升，在4.0 h以后逐漸趨向平穩(wěn)，在光照8.0 h后，其表達(dá)量約是對(duì)照的12倍，是黃化苗的20倍。

圖3 PeELIPs在毛竹黃化苗中的表達(dá)分析Figure 3 Expression analysis of PeELIPs in etiolated seedlings of moso bamboo

為進(jìn)一步研究光照對(duì)PeELIPs基因表達(dá)的影響，選擇不同光照強(qiáng)度(0、300、600、900、1 200和1 500 μmol·m?2·s?1)處理正常生長(zhǎng)的毛竹實(shí)生苗葉片，檢測(cè)其中PeELIPs的表達(dá)情況。qRT-PCR結(jié)果(圖4)顯示：隨著光照強(qiáng)度增加，PeELIPs的表達(dá)量均比對(duì)照 (0 h)增加，經(jīng) 1 500 μmol·m?2·s?1的光強(qiáng)處理2 h后，PeELIP1、PeELIP2和PeELIP3的表達(dá)量分別約是光照處理前的22、18和13倍，約是正常培養(yǎng)條件 (300 μmol·m?2·s?1)下的 7、9 和 12 倍。在強(qiáng)光條件 (1 200 μmol·m?2·s?1)下，隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，PeELIPs的表達(dá)量都是先快速上升，隨后變化不大，整體趨向平穩(wěn)(圖5)。毛竹黃化苗和正常苗中PeELIPs在不同光照強(qiáng)度、不同處理時(shí)間的表達(dá)變化表明，PeELIPs基因的表達(dá)受光照的誘導(dǎo)，且在光照初期的表達(dá)變化更為明顯，進(jìn)一步說明了PeELIPs編碼的蛋白符合光早期誘導(dǎo)表達(dá)蛋白的特點(diǎn)。

圖4 不同光照強(qiáng)度處理下PeELIPs的表達(dá)分析Figure 4 Expression analysis of PeELIPs under different light intensity

圖5 強(qiáng)光 (1 200 μmol·m?2·s?1)脅迫下 PeELIPs的表達(dá)分析Figure 5 Expression profile analysis of PeELIPs under high light stress(1 200 μmol·m?2·s?1)

2.4 PeELIP3 轉(zhuǎn)基因擬南芥鑒定

為驗(yàn)證PeELIPs基因的功能，選擇其中1個(gè)基因PeELIP3構(gòu)建了表達(dá)植物載體pCAMBIA1301-PeELIP3。將pCAMBIA1301-PeELIP3重組質(zhì)粒通過農(nóng)桿菌介導(dǎo)轉(zhuǎn)化野生型擬南芥(Col-0)，通過抗性篩選出的T1代擬南芥經(jīng)基因組PCR和半定量RT-PCR鑒定，結(jié)果(圖6A)顯示：獲得的10個(gè)抗性轉(zhuǎn)基因擬南芥中6個(gè)株系(L2、L3、L4、L7、L8和L9)可檢測(cè)到PeELIP3基因片段，而野生型擬南芥中沒有檢測(cè)到。隨后對(duì)6個(gè)轉(zhuǎn)基因株系繼續(xù)進(jìn)行培養(yǎng)，至T3代不分離后通過半定量RT-PCR進(jìn)一步檢測(cè)。結(jié)果(圖6B)發(fā)現(xiàn)：PeELIP3基因在6個(gè)株系中均得到了表達(dá)，其中L3、L4、L8和L9株系中的表達(dá)量略高于L2和L7。這表明：PeELIP3基因已成功導(dǎo)入擬南芥中并得到轉(zhuǎn)錄表達(dá)，但不同株系中的表達(dá)量存在一定的差異。正常培養(yǎng)條件下，PeELIP3過量表達(dá)沒有引起轉(zhuǎn)基因擬南芥植株表型的變化。

圖6 PeELIP3轉(zhuǎn)基因擬南芥PCR鑒定(A)及表達(dá)檢測(cè)(B)Figure 6 Detection of transgenic Arabidopsis by PCR (A) and expression analysis of PeELIP3 in transgenic lines (B)

2.5 PeELIP3轉(zhuǎn)基因擬南芥葉綠素?zé)晒鈪?shù)分析

強(qiáng)光處理野生型和各轉(zhuǎn)基因株系擬南芥，結(jié)果(圖7)發(fā)現(xiàn)：經(jīng)過4.0 h用1 200 μmol·m?2·s?1的強(qiáng)光處理后，野生型和轉(zhuǎn)基因擬南芥的Fv/Fm都迅速下降，但兩者的下降幅度存在顯著差異，其中野生型擬南芥的Fv/Fm下降43.8%，而轉(zhuǎn)基因擬南芥植株的下降幅度明顯低于野生型擬南芥，僅下降25.1%～35.4%。由此表明：1 200 μmol·m?2·s?1強(qiáng)光處理后野生型和各轉(zhuǎn)基因擬南芥均受到了脅迫，但過量表達(dá)PeELIP3可降低轉(zhuǎn)基因擬南芥受強(qiáng)光脅迫的光抑制，以減緩Fv/Fm的下降程度。

圖7 強(qiáng)光 (1 200 μmol·m?2·s?1)對(duì) PeELIP3 轉(zhuǎn)基因擬南芥Fv/Fm的影響Figure 7 Effect of high light (1 200μmol·m?2·s?1) on Fv/Fm of PeELIP3 transgenic Arabidopsis

對(duì)PeELIP3轉(zhuǎn)基因植株進(jìn)行了非光化學(xué)猝滅成像和誘導(dǎo)+弛豫動(dòng)力學(xué)分析。非光化學(xué)猝滅成像結(jié)果顯示：在 185 μmol·m?2·s?1的光強(qiáng)下，野生型和轉(zhuǎn)基因擬南芥植株的非光化學(xué)猝滅成像均顯示為黃色(圖8A)，當(dāng)光強(qiáng)增加至925 μmol·m?2·s?1時(shí)，兩者的非光化學(xué)猝滅成像均轉(zhuǎn)變成青藍(lán)色(圖8B)。這說明在弱光或強(qiáng)光下，野生型和轉(zhuǎn)基因擬南芥植株間的非光化學(xué)猝滅沒有明顯差異。同時(shí)，隨機(jī)選取2個(gè)株系(L3和L7)進(jìn)行非光化學(xué)猝滅誘導(dǎo)+弛豫動(dòng)力學(xué)曲線分析。結(jié)果表明：在不同的活化光(弱光和強(qiáng)光)下，野生型與轉(zhuǎn)基因擬南芥植株的非光化學(xué)猝滅誘導(dǎo)+弛豫動(dòng)力學(xué)曲線沒有明顯差異，即185 μmol·m?2·s?1活化光下，野生型和轉(zhuǎn)基因擬南芥的非光化學(xué)猝滅系數(shù)變化趨勢(shì)都是先快速上升到達(dá)峰值，然后開始下降(圖8C)；當(dāng)活化光光強(qiáng)設(shè)置為925 μmol·m?2·s?1時(shí)，兩者的非光化學(xué)猝滅系數(shù)都是迅速上升，短時(shí)間內(nèi)到達(dá)峰值，然后保持平穩(wěn)(圖8D)。在關(guān)閉活化光，進(jìn)入暗弛豫后，兩者的非光化學(xué)猝滅系數(shù)都在約5 min內(nèi)快速弛豫(圖8C和圖8D)。以上結(jié)果表明：PeELIP3基因不影響轉(zhuǎn)基因植株的非光化學(xué)猝滅，可能未參與熱耗散相關(guān)的光保護(hù)途徑。

圖8 PeELIP3轉(zhuǎn)基因擬南芥非光化學(xué)猝滅分析Figure 8 Analysis of NPQ in PeELIP3 transgenic Arabidopsis

3 討論

早期光誘導(dǎo)蛋白是核編碼的葉綠體蛋白，在植物中廣泛分布。但不同植物間編碼ELIPs的基因數(shù)量存在較大差異，部分植物僅含有1個(gè)ELIP基因，如豌豆[14]和紫花苜蓿[8]，而茶樹Camellia sinensis[32]、番紅花Crocus sativus[33]、杜鵑Rhododendron catawbiense[34]等部分植物中則有 2～7個(gè)差異表達(dá)的ELIPs基因。本研究從毛竹中克隆得到了3個(gè)PeELIPs，它們分別編碼的蛋白之間具有較高的相似性，均包含葉綠素a/b結(jié)合的結(jié)構(gòu)域，屬于捕光葉綠素a/b結(jié)合蛋白超家族成員。此外，PeELIPs蛋白與水稻、玉米等單子葉植物的ELIPs蛋白同源性較高，聚類在一個(gè)分支，但與苔蘚植物和藻類的同源性相對(duì)偏低，這說明不同物種ELIPs蛋白存在較大差異。被子植物(雙子葉和單子葉植物)、苔蘚植物和藻類各自聚在一起，這表明ELIPs蛋白在相同進(jìn)化等級(jí)的物種間相對(duì)比較保守，與物種的進(jìn)化相一致。

大量研究結(jié)果表明：光照、溫度、干旱等非生物脅迫影響ELIP基因表達(dá)調(diào)控。例如，17個(gè)旋蒴苣薹Boea hygrometricaELIP基因中有7個(gè)基因受到干旱處理誘導(dǎo)[35]，紫花苜蓿MsELIPs和杜鵑RcELIPs在低溫脅迫中基因表達(dá)量增加[8,34]。光照是誘導(dǎo)ELIP基因表達(dá)的主要因素。本研究中，毛竹黃化苗光照處理過程中，PeELIPs的表達(dá)量快速增加，在前1 h中達(dá)到頂峰，然后出現(xiàn)下降。這與番茄ELIP基因在其黃化苗轉(zhuǎn)綠過程中的表達(dá)模式類似[36]。此外，3個(gè)毛竹PeELIPs的表達(dá)量都隨著光照強(qiáng)度增加而上調(diào)，這表明光照誘導(dǎo)毛竹PeELIPs表達(dá)，其表達(dá)模式與擬南芥AtELIP1和AtELIP2[6]、葡萄VvELIP[7]、銀杏GbELIP[9]基因類似。

研究[11]表明：擬南芥chaos突變體因?yàn)椴荒芸焖俜e累ELIPs蛋白，對(duì)強(qiáng)光和低溫十分敏感，在強(qiáng)光脅迫下擬南芥chaos突變體植株葉片白化，表現(xiàn)出明顯的光氧化現(xiàn)象，但將擬南芥ELIP基因在chaos突變體中組成性表達(dá)后，轉(zhuǎn)基因擬南芥的強(qiáng)光耐受性又恢復(fù)到野生型狀態(tài)，這表明ELIP蛋白具有光保護(hù)功能。鹽藻Dunaliella salinaDsCBR基因轉(zhuǎn)化擬南芥elip突變體后，轉(zhuǎn)基因擬南芥的強(qiáng)光耐受性提高到野生水平，這表明DsCBR基因與其高等植物ELIP基因同樣具有光保護(hù)功能[37]。過量表達(dá)PeELIP3基因可減緩轉(zhuǎn)基因擬南芥在強(qiáng)光脅迫下Fv/Fm的下降幅度，這表明PeELIP3可降低轉(zhuǎn)基因擬南芥在強(qiáng)光脅迫中的光抑制程度，具有一定的光保護(hù)作用。另外，PeELIP1和PeELIP2的功能如何，有待深入研究。

熱耗散過剩光能是植物重要的光保護(hù)途徑，而葉綠素?zé)晒鈪?shù)非光化學(xué)猝滅系數(shù)能反映植物耗散過剩光能的能力，即光保護(hù)能力[38]。本研究中過表達(dá)PeELIP3基因不影響轉(zhuǎn)基因擬南芥植株的非光化學(xué)猝滅，表明PeELIP3可能未參與非光化學(xué)猝滅的熱耗散光保護(hù)途徑。ELIPs光保護(hù)功能可能與其作為色素臨時(shí)載體有關(guān)，強(qiáng)光脅迫下能加劇葉綠素結(jié)合蛋白的破壞，產(chǎn)生游離的葉綠素，而其容易被光敏化，形成葉綠素三聚體，葉綠素三聚體則與氧分子反應(yīng)形成單線態(tài)氧，進(jìn)而發(fā)生光氧化破壞，ELIP蛋白通過與葉綠素的短暫結(jié)合，防止游離葉綠素的積累，從而防止光氧化脅迫[11,39]。同時(shí)，ELIP蛋白作為葉綠素傳感器可調(diào)控葉綠素合成防止過多游離態(tài)葉綠素的積累[40]。因此，毛竹PeELIP3基因在光保護(hù)中的作用機(jī)制需要更多的研究去驗(yàn)證。