二球悬铃木PaAG2和PaAG3基因的克隆及功能研究

发布时间：2020-05-28 07:20

【摘要】：悬铃木(Platanus)是悬铃木科悬铃木属木本植物,在进化地位上属于较为原始的基本真双子叶植物类群,二球悬铃木是一球悬铃木(P.occidentalis)与三球悬铃木(P.orientalis)的杂交种,具有优美的外形和良好的生长形状从而被广泛作为行道树和庭荫树应用,在园林应用中具有十分重要的地位,有‘世界行道树之王’之美誉。然而悬铃木每年春季的落花飞毛降低了其应用价值,因此为了解决这一问题,培育无果无毛的悬铃木具有很高的实际应用价值。本项研究主要是从分子层面研究二球悬铃木有关花发育的分子机理,从而调控其开花达到不育的目的。而AG(AGAMOUS)基因是花发育模型中影响雄蕊和心皮发育的关键基因,因此研究清楚悬铃木中AG同源基因的表达模式以及功能分化对于了解悬铃木开花调控机制以及培育不育悬铃木而言具有重要意义。主要成果如下:1、克隆了两个二球悬铃木中的AG同源基因,分别命名为PaAG2和PaAG3,其CDS全长均为678bp,预测编码225个氨基酸,通过氨基酸序列比对发现,它们与之前已经报道的PaAG1一样都拥有MADS-box基因完整的M、I、K、C结构域以及AG家族在C结构域独有的两个基序AG I与AG II。2、PaAG1、PaAG2和PaAG3在二球悬铃木中的表达模式有相似之处也有差异。总体而言其表达量的高峰均集中在果实的发育时期,雌花序中的表达量次之,雄花序的表达量最低。PaAG2在整个果实的发育过程中的表达量要高于另外两个AG同源基因,且更特异的在果实中表达。PaAG1主要特异的在生殖器官中表达,在营养组织中不表达。而PaAG3在根、成熟叶也有适量表达。3、构建了两个超量表达载体35S:PaAG2和35S:PaAG3,转化模式植物烟草和拟南芥进行功能验证。在烟草中,35S:PaAG3能使得萼片明显心皮化,在顶端形成伸长的柱头状结构,并且形成融合包裹住所有内轮花器官使得花瓣、雄蕊和心皮全部死亡。花瓣向雄蕊转变,花筒转变成独立的花丝,花瓣顶端出现类似花药状的结构,表明二球悬铃木PaAG3有调控第三轮以及第四轮花器官的作用。在拟南芥中,35S:PaAG2和35S:PaAG3都能影响植株营养生长和生殖生长且35S:PaAG3还有导致早花的功能。说明二球悬铃木中的AG同源基因之间在控制花器官发育方面存在功能冗余。4、酵母双杂交验证PaAG2能与B类基因PlacPI2a以及E类基因PlacSEP1有强烈互作。并且PaAG3与B类基因PlacPI2a、PlacAP3以及E类基因PlacSEP1、PlacSEP3都有不同程度的互作,说明二球悬铃木中PaAG2和PaAG3都具备行使着保守的C类基因的功能。
【图文】：

二球悬铃木 PaAG2 和 PaAG3 基因的克隆及功能研究发育（Pelaz et al 2001）；A+2B+SEP 决定花瓣的形成和发育；2B+C+SEP 决蕊的形成和发育（Immink et al 2003，Ferrario 2003）； 2C+2SEP 决定心皮的成育（Fan et al 1997）。 通过植物体内外的各种实验手段和研究结果均表明花发聚体模型对解释花器官发育的分子机制有很大的帮助，这一模型也逐渐被大家认可（Thei en et al 2016）。

图 1-2 MADS 结构域蛋白组成及作用方式（Richard et al 2010 ）Fig.1-2 MADS domain protein composition and mode of action（Richard et al 2010 ）1.2.3.2 MADS-box 基因重复及其功能的多样性MADS-box 基因家族是目前众多基因家族中进化历史研究的比较多且深入的一个多基因大家族，纵观整个植物的进化历史，MADS-box 基因在此过程中发生了大量的基因重复事件（Becker and Theissen 2003，Irish 2003）。在已经报导的植物的基因组中发现了不同物种均存在数量不等的 MADS-box 重复基因，在拟南芥中大约有 107 个 MADS-box 基因，香石竹中大约有 39 个 MADS-box 基因，水稻中大约有 70 余个 MADS-box 基因（Litt and Irish 2003， Martinez-Castilla and Alvarez-Buylla2003，Parenicova et al 2003，Nam et al 2004，Causier et al 2005，Irish and Litt 2005，zhang et al 2018）。由于基因重复事件，MIKCC型基因产生了 12 个主要进化支，，即AG、AGL6、AGL2 (SEP)、AGL12、AGL15、AGL17、AP1 /SQUA、 AP3/PI-like 、GGM13 、TM3、 STMADS11 和 FLC (Becker and Theissen 2003)，包含多个亚家族，
【学位授予单位】：华中农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S792.37

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本文编号：2684917