植物学通报2005,22(2):138~146ChineseBulletinofBotany①通讯作者。Authorforcorrespondence.E-mail:hszhang@njau.edu.cn收稿日期：2004-08-02接受日期：2005-02-02责任编辑：孙冬花研究论文高等植物葡萄糖-6-磷酸脱氢酶与6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶基因的不同进化起源黄骥候夫云王建飞张红生①(南京农业大学作物遗传与种质创新国家重点实验室南京210095)摘要葡萄糖-6-磷酸脱氢酶与6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶是植物戊糖磷酸途径中的两个关键酶。在克隆了水稻质体葡萄糖-6-磷酸脱氢酶基因OsG6PDH2和质体6-磷酸葡萄糖脱氢酶基因Os6PGDH2基础上，分析比较了水稻胞质和质体葡萄糖-6-磷酸脱氢酶基因和6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶基因的基因结构、表达特性和进化地位。结合双子叶模式植物拟南芥两种酶基因的分析结果，认为高等植物葡萄糖-6-磷酸脱氢酶基因和6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶基因在进化方式上截然不同，葡萄糖-6-磷酸脱氢酶的胞质基因与动物和真菌等真核生物具有共同的祖先；6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶的胞质酶和质体酶基因都起源于原核生物的内共生。讨论了植物葡萄糖-6-磷酸脱氢酶与6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶基因可能的进化模式，为高等植物及质体的进化起源提供了新的资料。关键词葡萄糖-6-磷酸脱氢酶，6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶，基因结构，进化，水稻EvolutionStylesofGlucose-6-PhosphateDehydrogenaseand6-PhosphaogluconateDehydrogenaseGenesinHigherPlantsHUANGJiHOUFu-YunWANGJian-FeiZHANGHong-Sheng①(StateKeyLaboratoryofCropGeneticsandGermplasmEnhancement,NanjingAgriculturalUniversity,Nanjing210095)AbstractGlucose-6-phosphatedehydrogenase(G6PDH)and6-phosphaogluconatedehydro-genase(6PGDH)arekeyenzymesintheplantpentosephosphatepathway.Thispaperintro-ducestheisolationoftworicecDNAsencodingplastidG6PDHand6PGDHanddescribestheanalysisofthegenesstructure,expressionprofilingandphylogenetictreeofallfourG6PDHand6PGDHgenes:OsG6PDH1forcytosolicG6PDH,OsG6PDH2forplastidG6PDH,Os6PGDH1forcytosolic6PGDH,andOs6PGDH2forplastid6PGDH.Inhigherplants,thedistinctevolutionstylesofG6PDHand6PGDHrevealthatplantcytosolicG6PDHgenemayhaveacommonances-torwithanimalandfungi,whilecytosolic6PGDHanditsplastidisozymebothhaveanendosym-bioticgene-replacementorigin.ThispaperdiscussesthepossibleevolutionstylesofG6PDHand6PGDHenzymesandsuppliesnewdataontheevolutionofhigherplantsandtheirplastids.KeywordsGlucose-6-phosphatedehydrogenase,6-phosphaogluconatedehydrogenase,Genestructure,Evolution,Rice1392005黄骥等:高等植物葡萄糖-6-磷酸脱氢酶与6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶基因的不同进化起源戊糖磷酸途径(pentosephosphatepathway,PPP)是植物体中糖代谢的重要途径，其主要功能是产生供生物合成所需的还原力NADPH以及核酸合成的戊糖(Wood，1986)。对菠菜的戊糖磷酸途径研究结果表明完整的PPP发生在植物的质体中，但在胞质中也发现了PPP的两个关键酶，葡萄糖-6-磷酸脱氢酶(glucose-6-phosphatedehydroge-nase,G6PDH,EC1.1.1.49)和6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶(6-phosphaogluconatedehydrogenase,6PGDH,EC1.1.1.44)的活性(Schnarrenbergeretal.，1995)。因此认为戊糖磷酸途径的发生途径主要在质体中，胞质中戊糖磷酸途径的一些中间产物通过转运体进入质体中完成完整的PPP(黄骥等，2004)。葡萄糖-6-磷酸脱氢酶催化戊糖磷酸途径的第1步反应，即6-磷酸葡萄糖的脱氢，是PPP途径的限速步骤。目前在马铃薯(Graeveetal.，1994)和小麦(NemotoandSasakuma，2000)中分离了胞质G6PDH基因，在马铃薯(Schaewenetal.，1995)、菠菜(Schnarrenbergeretal.，1995)和烟草(Knightetal.，2001)中分离了质体G6PDH基因。6PGDH是PPP途径的另一限速酶，催化6-磷酸葡萄糖酸脱氢后生成5-磷酸核酮糖。Tanksley和Kuehn(1985)通过凝胶电泳发现了番茄中存在4种6PGDH，其中3种存在于胞质，1种位于质体。目前在苜蓿(Fahrendorfetal.，1995)和玉米(RedinbaughandCampbell，1998)中分离了胞质6PGDH基因，而...
