AP3/DEF(APETALA3/DEFICIENS)基因为MADS-box基因家族的B类基因,在花发育过程中主要参与调控花瓣和雄蕊发育.对盐肤木(Rhus chinensis)AP3/DEF同源基因进行克隆及功能分析,有助于探究其在盐肤木雄蕊发育过程中的作用.采用RT-PCR技术获得盐肤木AP3/DEF同源基因CDS;利用NCBI CD Search对其序列和结构域进行比较分析;利用酵母双杂交系统,对AP3/DEF同源蛋白与盐肤木中其它MADS-box转录因子进行蛋白互作验证;通过实时荧光定量PCR分析盐肤木AP3/DEF同源基因的时空表达模式;用过表达拟南芥(Arabidopsis thaliana)验证盐肤木AP3/DEF同源基因在花器官发育中的功能.结果表明,克隆得到2个盐肤木AP3/DEF同源基因分别命名为RcAP3(GenBank:OR962160)和RcTM6(GenBank:OR962159),根据其氨基酸保守结构域比对及系统进化分析,发现这2个蛋白序列与漆树科的芒果(Mangifera indica)和阿月浑子(Pistacia vera)AP3/DEF同源蛋白亲缘关系最近.酵母双杂交结果表明,RcAP3和RcTM6与盐肤木B类蛋白RcPI、C类蛋白RcAG和Rcag存在互作关系,但与A类和E类蛋白不存在互作关系.实时荧光定量PCR分析结果显示,RcAP3和RcTM6基因在不同性别盐肤木花芽快速发育期高表达,在花芽发育早期和开花后表达水平较低;RcAP3在雌花、雄花和两性花的花芽分化过程中均维持较高的表达水平,而RcTM6在两性花中显著表达,在雄花和雌花中表达量很低.两性花快速生长期,RcAP3在花瓣和雄蕊中高表达且差异很小,而RcTM6在雄蕊中的表达量显著高于其它花器官.RcAP3基因能恢复拟南芥ap3-3突变体花瓣和雄蕊的缺陷表型,RcTM6过表达则导致拟南芥花瓣、雄蕊和子房缩短,花药败育,表明盐肤木中同属AP3/DEF亚家族的同源基因RcAP3和RcTM6存在功能分化.RcAP3促进花瓣和雄蕊发育,而RcTM6抑制雄蕊发育.研究结果为进一步研究盐肤木性别分化的分子机制奠定了基础.

[目的]为探究月季重瓣性状的调控机制,研究克隆了前期筛选到的1个与花发育相关的AG同源基因RcAGL61,并对其功能进行分析.[方法]用荧光定量对该基因在'窄叶藤本月季花'×'月月粉'杂交群体中重瓣株系和单瓣株系花芽5个发育时期的表达模式进行分析,以重瓣株系和单瓣株系为材料,克隆RcAGL61,并进行生物信息学分析、亚细胞定位及VIGS实验.[结果](1)该基因表达水平在单瓣株系的5个发育时期均显著高于重瓣株系,在单瓣株系花发育的S4-S5期比S1-S3期表达量明显升高.(2)RcAGL61编码区序列在单瓣株系和重瓣株系中一致,长度为495 bp,与RcAG基因序列相似度为30.75％,编码164个氨基酸,含有1个MADS-box保守结构域,属于MADS-Box基因家族.(3)RcAGL61蛋白定位于烟草表皮细胞的细胞核.(4)沉默该基因后,瓣化雄蕊数量增加,雄蕊数量减少,花瓣数量增加,萼片数量和雌蕊数量无显著变化.[结论]RcAGL61参与调控雄蕊原基和花瓣原基间的转变,影响月季的花瓣数量.

MADS-box是植物体内一种重要的转录因子,其家族成员具有典型的MIKC结构、高度保守的N端MADS以及保守性较低的I域和C端.MADS-box基因广泛表达于植物的根、茎、叶、花、芽等组织部位,并参与调控花期、花器官发育、种子发育及非生物胁迫响应等过程.近年来的研究报道显示,不同MADS-box基因的表达模式不尽相同,其功能也存在较大差异.本文概述了大豆MADS-box基因家族的结构及分类,总结了大豆MADS-box基因家族花发育ABCDE模型中相关成员及SVP1 SOC1、FLC等基因的研究进展.最后对大豆MADS-box的研究提出了展望,为今后进一步挖掘和利用该类转录因子基因进行大豆遗传改良和种质创新提供参考依据.

[目的]PISTILLATA(PI)基因属于典型的Type II型MADS-box基因家族成员,是ABC(D)E模型中的B类基因,在植物发育过程中起着重要作用,但辣椒PI同源基因功能研究未见报道.探索辣椒PI基因功能,为深入研究植物PI同源基因的功能机制奠定基础.[方法]利用RT-PCR的方法从一年生辣椒(Capsicum annuum L.)花器官的cDNA中克隆PI同源基因CaPI,并通过生物信息学方法分析其理化性质、亚细胞定位、蛋白结构和系统进化关系;利用实时荧光定量PCR(RT-qPCR)技术分析基因在辣椒不同组织中的表达特征;构建植物过表达载体 35S:CaPI,通过floral-dipping法转化拟南芥.[结果]该基因开放阅读框648 bp,编码 215 个氨基酸,相对分子质量为 25.13 kD.氨基酸多重序列比对表明,CaPI蛋白N端含有"MGRGKIEIKRIEN"保守基序.系统进化树分析证实,CaPI与马铃薯、番茄和矮牵牛的PI同源基因亲缘关系较近.RT-qPCR证实CaPI主要在花中表达,在花萼中表达量最高,其次是花瓣,在雄蕊中低表达,而在雌蕊中几乎不表达.在拟南芥中过表达CaPI,与野生型拟南芥(Col-0)相比,35S:CaPI转基因植株表现出莲座叶和分枝数量增多等表型,但不影响花器官的发育.[结论]辣椒CaPI具有促进植物分枝发育的功能.

目的 鉴定灰毡毛忍冬Lonicera macranthoides MADS-box家族基因并进行生物信息学分析与表达模式验证,克隆湘蕾型和野生型灰毡毛忍冬MADS-box家族成员CMB1 全长.方法 基于转录组数据,利用在线工具对灰毡毛忍冬MADS-box进行生物信息学分析,并利用qRT-PCR验证MADS-box基因在不同品种中的表达模式,通过RT-PCR、RACE技术克隆湘蕾型和野生型灰毡毛忍冬CMB1基因全长.结果 28个灰毡毛忍冬MADS-box蛋白长度为89～359 aa,碱性蛋白占比85.7%,不稳定蛋白占比96.4%,亲水性蛋白占比 96.4%,均定位于细胞核,均为无跨膜结构的非分泌蛋白.转录组显示,与野生型比较,湘蕾型中 28个MADS-box基因有 17.86%表达下调,MIKCC型基因中有 18.75%表达下调.克隆得到在两个品种的灰毡毛忍冬花中高度特异性表达的CMB1基因全长,均包含一个738 bp的ORF,编码245个氨基酸.CMB1基因在两个品种的花中表达量存在显著差异(P<0.01),且与茎、叶相比,在花中高度特异性表达(P<0.01).结论 基于灰毡毛忍冬转录组数据,鉴定了 28个MADS-box家族基因,克隆得到湘蕾型与野生型灰毡毛忍冬CMB1 基因全长,为进一步研究灰毡毛忍冬花发育、优良表型形成的分子机制提供研究基础与理论依据.

花作为被子植物的繁殖器官,是植物的重要组成部分,也是研究植物进化、分类的重要依据.花器官的发育受到外部环境和内部生理等多种因素的影响,不同物种或同一物种间出现不同的性状,基因作为其中的关键因子,在整个过程中发挥着重要作用,其在花发育调控中的作用一直都是大家研究的热点.花器官的花萼、花冠、雄蕊、雌蕊、胚珠五轮结构分别受到AE花发育模型中A、B、C、D、E五类基因的调控,这些基因在花器官发育过程中形成了一个复杂的基因调控网络.各类基因的表达或沉默均会导致花器官的结构发生改变,但不同的物种之间又存在差异.本研究综述了 MADS-box、AP2/ERF基因家族相关成员AP1、AP2、AP3、PI、AG、SEP、AGL6、SHP、STK及其他基因NAP、SPL、TGA、PAN、WOX等在花器官建成中的调控作用,从分子水平解析了基因在花器官发育中的影响,为进一步深入了解基因在各植物花器官发育调控中的作用提供参考.

杜鹃花属具有极高的物种多样性和观赏价值,其中马银花(Rhododendron ovatum)花型独特,具有低海拔适应性,在我国南方地区有良好的应用前景.基于杜鹃花目代表性植物的基因组信息,探究MADS-box基因家族在杜鹃花目中的进化特点并挖掘马银花的花器官发育关键基因.系统进化分析表明,杜鹃花科3个代表性物种(马银花、映山红(R.simsii)和马缨杜鹃(R.delavayi))中的MADS-box基因家族成员数目较为一致,包括AP1、AP3、PI、AG和SEP等19个亚家族,其中SVP、ANR1、Mα、Mβ和My亚家族成员数量较多.马银花的AG和SEP基因有多个拷贝,而AP3/PI基因的拷贝数目较少,显示出更加保守的进化模式.基因表达分析表明,马银花MADS-box基因的表达模式存在组织特异性.AP1、AP3/PI、AG、SEP和MIKC*分支基因在花器官中特异性表达.综上,该文探讨了马银花MADS-box基因家族进化历史,以及部分MADS-box基因可能具有的功能,可为深入研究马银花的发育和MADS-box基因功能提供参考.

MADS-box基因家族参与调控开花时间、花器官分化、根系生长、分生组织分化、子房和配子发育、果实膨大及衰老等植物生长发育的重要过程.基于甘蓝型油菜(Brassica napus)基因组测序数据,利用生物信息学方法对甘蓝型油菜MADS-box基因家族进行鉴定和注释及基因结构与系统进化分析.结果显示,在甘蓝型油菜中鉴定出307个MADS-box基因家族成员,根据进化关系可将其分为两大类型,Ⅰ型(M-type)包含α、β、γ三个亚家族,Ⅱ型(MIKC-type)包括MIKCc和MIKC*两个亚家族,MIKCc可进一步分为13个小类;甘蓝型油菜A基因组染色体上分布的MADS-box基因多于C基因组.在基因结构上,MIKC-type亚家族基因序列普遍比M-type长且含有较多的外显子;M-type亚家族蛋白序列中的motif数量为2-5个,MIKC-type亚家族蛋白序列中平均含有7个motif.拟南芥(Arabidopsis thaliana)与甘蓝型油菜MADS-box基因共线性分析结果显示,全基因组复制事件对MADS-box基因家族尤其是MIKC亚家族的扩张起重要作用;MIKC亚家族基因在进化过程中受到的选择压力约为M-type的2倍,这表明MIKC-type亚家族在进化过程中被选择性保留.

该研究在转录组数据分析基础上,通过RT-PCR方法从牡丹(Paeonia suf fruticosa.L)品种‘洛阳红’中克隆AGL6基因,并分析了其在不同组织和花型中的表达模式.结果显示:(1)AGL6开放阅读框长度732 bp,编码244个氨基酸;结构域分析显示,该基因具有高度保守的MADS MEF2区、K区、AGL6 Ⅰ与AGL6Ⅱ基序,归类于MADS-box基因家族,命名为PsAGL6,GenBank登录号为MF563611.(2)同源比对分析显示,牡丹PsAGL6与葡萄VvAGL6氨基酸序列相似度最高,达79％.(3) qRT-PCR分析结果显示,PsAGL6在牡丹各器官中均有表达,但营养器官中表达量较低,花器官中表达量较高,其中以萼片最高,花瓣与雌蕊次之;对4种牡丹花型花瓣的表达分析显示,PsAGL6基因在不同花型花瓣中的表达量差异明显,且蔷薇型牡丹花瓣相对表达量最高.研究表明,AGL6基因参与牡丹花器官的形成,为深入研究花器官发育的分子机制提供了帮助.

目的 克隆灰毡毛忍冬突变型品种AP1基因(Lm-XL-AP1),并对其进行生物信息学和时空表达分析.方法 通过RACE技术克隆Lm-XL-AP1基因全长,运用生物信息学的方法进行基因同源性和相似性比较分析,预测其编码蛋白,并对其进行各种理化性质分析.运用荧光定量PCR(qRT-PCR)检测该基因在灰毡毛忍冬突变型植株不同花期和不同器官的相对表达量.结果 获得AP1基因,开放阅读框(ORF)长729 bp,编码242个氨基酸,与甘菊中MADS-box基因家族AP1基因相似性达80％,且包含MADS和K-box的保守序列.AP1蛋白无跨膜区域,定位于细胞核中;在灰毡毛忍冬突变型植株第6花期相对表达量最高,同时茎、叶中也有表达.结论 成功从灰毡毛忍冬突变型植株总RNA中克隆到可能参与控制花器官表达的AP1基因.