玉米花分生组织基因ZmMADS35的功能浅析

发布时间：2020-05-17 12:33

【摘要】：花器官是被子植物的主要特征,具有巨大的形态多样性,在生活史演替和制种过程中起着至关重要的作用。植物MADS-box基因作为转录因子家族为调控植物生长发育提供保障,对植物花器官发育功能方面影响深远。拟南芥的AG-like类基因不仅可参与胚珠的发育,也能在果实成熟中起作用。ZmMADS35基因是玉米中AG-Like类基因之一,但该基因功能未知。为了解该基因的功能,本文对ZmMADS35基因进行了生物信息学分析、构建过表达转基因拟南芥及表型分析,为深入研究ZmMADS35基因的功能奠定了基础。主要结果如下:1.通过对玉米的ZmMADS35基因、拟南芥中三种AG-Like类基因以及在禾本科其他作物中同源基因的蛋白质序列进行系统进化树分析,从同源基因进化的角度分析可知:禾本科所有AG-Like类基因分属同一进化分枝,其中ZmMADS35蛋白与高粱的SbAG3蛋白同源性最高。而禾本科AG-Like类蛋白与拟南芥AG-Like类蛋白分别属于两个分枝。从进化的角度来看,虽同属于AG-Like类蛋白,在进化过程中不同物种间进化程度不同,同源基因间可能行使同一功能,也可能出现新功能或功能的歧化。2.对玉米ZmMADS35基因的RNA-seq表达数据进行了分析。结果表明,ZmMADS35基因在未成熟雄穗和花药中弱表达,在花丝、雌棒、种子的表达量呈现上升趋势,该基因在雌、雄穗中表达量的差异,尤其是在雌穗和种子中的高表达,预示着该基因可能参与玉米花器官中雌穗及种子发育。3.借助实时荧光定量PCR的手段检测ZmMADS35基因在野生型玉米和茉莉酸甲酯外源喷施处理的玉米的表达水平。结果表明ZmMADS35基因主要在玉米的雌、雄穗及种子中表达,雌穗中的表达量大约是雄穗表达量的8倍。而经过茉莉酸甲酯处理的雌、雄穗后,在雌穗中表达量几乎没有改变,而雄穗中处理后表达量是之前的约3倍。4.在获得ZmMADS35基因过表达载体的基础上,利用农杆菌介导法获得转基因T0代拟南芥并进行了潮霉素抗性筛选和检测,进一步对获得的转基因T2代拟南芥进行表型观察发现,发现其开花时间和萼片、胚珠的发育受到影响。本研究为深入探究该基因是否参与调控玉米雌穗及种子发育过程奠定基础。
【图文】：

子(Krizek and Fletcher 2005)。拟南芥的果实由两个融合的心皮发育而成，是一种称为角果(silique)的特殊胶囊状结构(如图1-1)，角果成熟时沿着明确的腹缝线开裂(dehiscence zone)(Avino et al., 2012) 。角果由两个瓣膜(valve)组成，瓣膜由心皮壁发育而成，由内果皮、中果皮和外果皮组成。两个瓣膜构成的腔室原为一室，后来由于心皮边缘合生处向中央生出一隔膜，将子房分为二室，这一隔膜称假隔膜(replum)。假隔膜仅存在于十字花科中的独特组织。假膈膜和瓣膜通过瓣膜边缘(valve margin)连接在一起。瓣膜边缘由最靠近假膈膜的分离层和靠近瓣膜的木质层组成。在角果的发育后期，瓣膜的内果皮木质化程度变高，并且与瓣膜边缘的木质层和分离层共同作用使角果开裂(Pabón-Mora et al. 2014)。果实成熟后，瓣膜裂开脱落，只留假隔膜在果柄上，种子附在假隔膜上。

拟南芥中花器官特性和结构的“ABCDE”模型(改自 Li and Li ‘ABCDE model’of floral organ identity and flower structure in Ara(sepal:萼片，petal:花瓣，，stamen:雄蕊，carpel:心皮，ovule:胚珠)的分子调控胚珠发育有关外，还参与拟南芥角果的发育调控。其中显表型，而 agl1agl5 双突变体的瓣膜和假膈膜边缘连接能正常开裂(Balanz et al. 2016)。相比较 agl1agl5 双突丧失表型，通过观察过表达 AGL1 或 AGL5 基因的转基南芥的角果表皮呈现出黄绿色；角果长度接近野生型表达这两个基因时，角果异常程度更加严重：角果中大的撕裂口(Liljegren et al. 2000)。由此可见，这两个研究揭示了拟南芥角果的遗传调控网络(如图 1-4 所示)FUL)负责调控瓣膜发育，REPLUMLESS(RPL)则参与调控
【学位授予单位】：沈阳农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：Q943.2;S513

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