植物花发育调控基因的研究与应用

高等植物从营养生长过渡到生殖生长,是由外界环境条件及自身因子相互作用的结果.植物成花本质上是由花发育调控基因控制的,了解植物花发育调控基因功能后,可以人为地控制植物成花.花发育调控基因有个重要的特点是,其功能在不同植物间是相对保守的,可以广泛应用于转基因的研究中.现综述了植物花发育过程,拟南芥主要的花发育调控基因,系统介绍花发育调控基因在提高经济作物生物产量、植物雄性不育、缩短童期、观赏植物分子育种方面的应用.     

植物开花整合子基因FT的研究进展

开花是高等植物从营养生长向生殖生长的转变过程,与之相关基因的表达和调控是实现这一转变的分子基础。FT是植物开花调控途径的重要整合因子和调控开花的关键基因之一。FT基因编码的蛋白质产物是可以长距离运转的成花激素,在花形成过程中起着关键的作用。该文对与高等植物花发育相关的基因,特别是FT基因及其同源基因的功能、进化以及在植物花发育转换过程中的功能等研究现状进行了综述。     

兰科植物花发育相关基因的研究进展

兰科植物花器官结构高度特化,是研究单子叶植物花发育分子机理的理想材料。该文综述了近年来国内外有关兰科植物成花转变及花器官发育相关基因研究进展,花发育分子生物学研究的逐步深入,对通过基因工程手段提高兰花品质及花期调控、推动分子育种进程等具有重要的意义。     

被子植物开花时间和花器官发育的表观遗传调控研究进展

成花转换是被子植物生活周期中的关键发育过程,植物通过调控基因表达模式而整合多条内外开花信号实现成花诱导。近几十年来,学者们为阐释植物成花转换的分子机制做了大量的分子遗传学研究。其中,影响植物生长发育的表观遗传修饰是调控成花转换过程的重要分子机制之一。表观遗传调控是植物在适宜环境条件下实现开花诱导和花器官发育的决定性因素。综述了有关开花时间和花器官发育的表观遗传学研究进展,包括染色质重塑、组蛋白甲基化和miRNAs。     

葡萄的成花过程及其影响因素

成花过程是葡萄生长发育过程中的重要转折时期,葡萄的成花过程受众多内外因素的调控。葡萄的成花过程可分为花序分化、花器官分化两个阶段,具体可分为营养生长、花诱导、花决定、花发端、花序及花器官的发生成熟、开花等步骤。对影响葡萄成花的因素分外部环境条件、内部因素和激素3个方面进行了讨论。综述了温度、光、湿度等外部环境因素及器官效应、碳水化合物等内部因素对葡萄成花的作用。植物激素水平,尤其是GA_3/CTK的平衡关系在控制葡萄成花过程中起重要作用。     

拟南芥和芥菜开花抑制因子AGL18花期调控机制研究进展

十字花科作物开花主要受低温春化途径、光周期途径、自主途径和赤霉素途径的信号因子调节,但这些开花信号因子均汇集到开花整合子路径,最终调控开花时间。MADS家族在该发育途径中起着至关重要的作用,最近发现AGL18是一个与开花整合子关系密切的MADS家族成员。综述了拟南芥和芥菜等十字花科作物AGL18在开花途径中的作用及其开花调控分子机制,并展望AGL18开花转变调控的研究方向,为十字花科蔬菜的成花转变及产品器官发育等分子调控提供借鉴。     

甜樱桃成花相关MADS-box基因的克隆及表达分析

【目的】克隆甜樱桃中可能参与成花途径的MADS基因,分析其基本信息,研究其在不同组织中的表达情况。【方法】以甜樱桃‘萨米特’(‘Summit’)为试材,结合桃基因组分析,克隆得到14个可能参与成花的MADS基因,分别命名为PaSOC1、PaAG、PaAP1、PaAP1-2、PaAP3、PaPI、PaSVP、PaAGL24、PaSEP1、PaSEP2、PaSEP3、PaSEP4、PaSEP5、PaFLC,通过DNAMAN、SMART、protein BLAST和MEGA5等软件分析14个甜樱桃的MADS基因结构、氨基酸结构域及其进化关系,RT-PCR检测其在樱桃根、叶芽、叶、花芽、花、韧皮部中的表达模式。【结果】14个甜樱桃MADS成员大小为612~765 bp,均含有典型的MADS结构域和K-box结构域,含有6~8个内含子。分属7个亚组,PaSEP1、PaSEP2、PaSEP3、PaSEP4、PaSEP5属于SEP亚组,PaAP1、PaAP1-2属于AP1亚组,PaAG属于AG亚组,PaSOC1属于SOC1亚组,PaAP3和PaPI属于AP3/PI亚组,PaSVP属于SVP亚组,PaAGL24属于AGL24亚组,PaFLC并未聚到FLC亚组中。RT-PCR分析显示,14个MADS基因在花芽或花中均有不同程度的表达,此外,除PaAP3、PaSEP1、PaSEP4及PaSEP5之外,其他几个基因在韧皮部中也有不同程度的表达。【结论】获得的甜樱桃MADS-box基因结构高度保守,参与调控成花及花发育过程。     

高等植物成花的光周期调控

高等植物成花是当今发育生物学研究的热点和难点.高等植物的成花诱导过程由自身遗传因子和外界环境因素两方面决定.在已知的成花途径中,光周期途径是研究得较为清楚的一条途径.目前高等植物光周期成花分子机理的研究主要针对拟南芥进行.光周期调控中CONSTANS(CO)是关键基因,它进行光信号和生物钟信号整合,节律性地表达激活FLOWERING LOCUS T(FT)表达,诱导植物开花.在不同的光周期反应的植物中,基因调控成花作用的机理并不完全相同.现就光周期成花的研究进展作简要综述.     

甜樱桃B类MADS—box基因的分离与序列分析

为研究MADS—box基因在甜樱桃花发育中的作用，以甜樱桃品种拉宾斯为试材，根据多种植物MADS—box基因保守序列设计引物，采用RT—PCR和RACE方法克隆基因cDNA全长，并用半定量PCR法研究基因在不同组织中的表达。克隆得到1个基因全长962bp，命名为PoMADS2（GenBank登录号：HQ229606），...     

柿花发育相关的MADS2box基因克隆与表达

以雌花型柿(Diospyros kaki) ‘阳丰’花为试材, 克隆得到一个与其花发育相关的MADS2box基因, 命名为DkMADS1, GenBank登录号为DQ412058。该基因cDNA全长1 193 bp, ORF为747 bp, 编码一个含有249个氨基酸的蛋白。DkMADS1 具保守的MADS区及半保守的K区, 与其它植物中的MADS2box蛋白有很高同源性。RT-PCR表达分析表明, 该基因在‘阳丰’花的萼片、花瓣、子房和‘禅寺丸’的雄蕊中均有表达。     

园艺植物性别决定机制研究进展

性染色体、性别基因、MADS-box转录因子等是植物雌雄个体或器官发育过程中关键的遗传因素。性染色体和性别决定基因是雌雄异株植物性别决定的遗传基础,而性别分化基因在花器官分生组织中选择性表达,调控不同性别花的产生。花发育的ABCDE模型中涉及的基因绝大部分属于MADS-box家族基因。综述了植物性染色体进化机制、园艺植物性染色体类型、性别连锁基因群定位、基因鉴定以及MADS-box家族基因对花器官发育的调控等方面的研究进展,并提出园艺植物性别决定机制研究中需要解决的问题。     

葡萄MADS-box家族基因保守片段的克隆与序列分析

MADS-box转录因子在多种植物的发育过程特别是花器官和果实发育过程中发挥重要的作用。为了从葡萄中克隆出新的MADS-box基因,研究在葡萄花及果实发育中的作用,根据多种植物MADS-box基因保守区序列,设计简并引物,应用RT-PCR技术从红富士葡萄花序中分离出34条MADS-box基因cDNA片段。序列分析表明,这些片段长度在138～152bp之间,包含基因起始密码子。推导的氨基酸序列与已登录的欧洲葡萄及其它物种的MADS-box基因同源性超过83%。用推导的氨基酸序列与已知的欧洲葡萄和拟南芥MADS-box家族基因进行系统发育分析,可将这些基因片段分别归入拟南芥MADS-box基因不同亚家族中,证明葡萄中存在多种MADS-box家族基因,克隆的片段包含ABCDE模型中的各类花发育基因。     

薄壳山核桃MADS-box基因CiMADS9的克隆与功能分析

以薄壳山核桃（Carya illinoinensis）‘马罕’雄花为材料,利用获得的MADS-box基因保守片段设计特异引物,通过RACE技术克隆MADS-box家族基因的cDNA序列,命名为CiMADS9。该基因长为1 077 bp,开放阅读框（ORF）768 bp,编码255个氨基酸残基。生物信息学分析表明该基因具有典型的MADS-box结构域和半保守的K区,是MIKC型MADS-box基因。聚类分析分析表明该基因属于AGL15亚家族。实时荧光定量PCR结果表明,CiMADS9在生殖器官（雄花、雌花、幼果）中的表达量高于营养器官（叶、枝条）中的,并且在雄花中的表达量最大。将目的基因通过农杆菌介导法转化拟南芥,获得了转基因植株。与对照相比,转基因拟南芥中过量表达该基因使植株开花延期,基生叶增加。     

蝴蝶兰PhSVP的克隆及其在花发育过程中的表达分析

从蝴蝶兰杂交品种‘大辣椒’中克隆到SVP同源MADS-box基因PhSVP，使用RACE方法获得PhSVP全长，其开放阅读框为687 bp，编码228个氨基酸。蛋白序列多重比对表明PhSVP蛋白包含一个高度保守的MEF2-like MADS结构域和一个中度保守的K-box结构域，且与兰科的SVP/AGL24同源蛋白相似度高，进化树分析也表明PhSVP蛋白与其他兰科植物的SVP/AGL24同源蛋白亲缘关系最近。PhSVP的空间表达模式表明其在营养器官表达量高，在萼片、侧瓣和唇瓣等生殖器官表达量低。进一步对PhSVP在成花转换和花发育过程中花序顶端的表达进行分析，表明PhSVP的转录水平在营养分生组织向花序分生组织过渡的过程中无显著变化，仅在花序分生组织阶段有少量上升，但在花发育早期花分生组织阶段中的表达水平显著升高，而在花发育后期的萼片原基、花瓣原基和合蕊柱原基阶段持续下降。此外还发现A类基因PhAP1在花发育过程中的花序顶端的表达模式与PhSVP相似，而B类基因PhPI和C类基因PhAG在花瓣原基和合蕊柱原基阶段的表达量最高。检测了PhSVP在抽葶期、花蕾期和盛花期的根、叶和花葶中的转录水平，结果表明PhSVP在花蕾期的根中的表达量稍高于其他时期，在不同阶段的叶中的表达水平无显著差异，而在抽葶期花葶中的表达量显著高于花蕾期和盛花期。试验结果暗示蝴蝶兰PhSVP可能起到调控花分生组织状态的维持、避免花器官原基过早分化的作用。     

基于银杏花芽3个分化时期转录组测序的相关基因筛选与表达分析

鉴定银杏花芽分化调控的关键基因,揭示银杏花芽分化调控的主要分子机制,为缩短银杏童期和选育银杏早花品种提供理论指导。本研究中采用高通量测序技术对银杏花芽分化3个时期（花芽未分化期、花芽分化始期、花芽分化盛期）的样品进行转录组测序,并分析数字表达谱,筛选开花调控相关基因并进行荧光定量PCR（RT-qPCR）表达验证。转录组测序共产生27.52 Gb原始数据,注释到8大功能数据库（GO、COG、KEGG、KOG、NR、Pfam、Swiss-Prot、eggNOG）上的 unigene 总数为35 179个。通过GO分类和KEGG Pathway 富集性分析,将unigene分别归于55个GO类别和126个代谢途径。差异表达基因分析显示,花芽未分化期较花芽分化始期有2 253个基因上调,2 032个基因下调;花芽分化始期较花芽分化盛期有1 770个基因上调,1 901个基因下调;花芽未分化期较花芽分化盛期有1 865 个基因上调,2 042个基因下调。发掘出大量的开花相关的基因涉及5个开花调控途径（光周期途径、春化途径、赤霉素途径、自主途径和年龄途径）。筛选出gene.Gb_17618（GI序列）、gene.Gb_19790（FT/TFL1序列）、gene.Gb_16301（AG序列）、gene.Gb_28337（花发育MADS-box序列）、gene.Gb_01884（SOC1序列）和gene.Gb_41704（CO序列）等6个银杏花芽分化差异表达关键基因序列,荧光定量PCR检测表达水平与转录组结果一致。     

MADS-box转录因子在果实成熟及品质形成中的调控作用研究进展

近年来关于MADS-box转录因子的研究已陆续从花器官的形成扩展至植物生长发育的全过程,其中参与果实成熟与品质调控是研究的热点之一。综述了MADS-box转录因子参与调控果实品质形成的研究进展,讨论了该基因家族在果实品质调控研究方面存在的主要问题,明确了其未来研究的主要方向。     

番茄花柄离区发育基因JOINTLESS及互作蛋白基因的功能研究

 番茄离区发育控制基因JOINTLESS（J）是一个MADS-box家族基因。MADS-box基因是植物花发育过程中一类重要的转录因子,MADS-box蛋白调节高等植物发育过程中往往形成复合体控制基因的转录。为了研究J及其互作蛋白在番茄发育过程中的重要作用,选择7个与JOINTLESS蛋白互作的MADS-box基因进行RNAi功能研究。研究结果表明TAG1基因不仅严重影响番茄雄蕊和雌蕊的形态,还影响果实的育性。同时对J进行了过量表达分析,研究结果表明,J过量表达不但显著增加了番茄花序的分支和花的数量,还改变了果实形状。     

建兰AP1基因的克隆、表达及其与MADS-box转录因子相互作用的分析

 为研究APl/SQUA类MADS-box基因在建兰花发育中作用，以‘四季大青’建兰花芽为材料，用RT-PCR和RACE技术获得AP1基因，命名为CeAP1。序列分析表明，CeAP1基因cDNA全长866 bp，其开放阅读框编码一个含241个氨基酸的蛋白质。通过蛋白序列比对发现CeAP1与兰科植物的AP1蛋白质同源性较高。荧光定量PCR分析表明，CeAP1基因在建兰花发育初期高水平表达，同时在营养器官中也表达。酵母双杂交试验分析显示，CeAP1能自身形成同源二聚体，同时也能与除CeAG1外的其他MADS-box发生相互作用。     

一个中国水仙MADS-box基因的克隆与分析

 采用RT-PCR技术从中国水仙（Narcissus tazetta var.chinensis）幼嫩花蕾中分离到一个新的水仙花发育相关MADS-box基因,命名为NTMADS1（GenBank登记号：EF421828）。该基因长879 bp,编码区共编码230个氨基酸,具有典型的植物MADS-box基因结构,由MADS区、I区、K区和C末端组成。序列分析结果表明,NTMADS1编码的蛋白与其它植物的MADS-box蛋白有着较高的一致性,其中与扫状天门冬（Asparagus virgatus）的AVAG1的一致性高达89％。系统进化树分析表明NTMADS1属于AG亚族。     

荔枝APETALA1（AP1）同源基因cDNA全长克隆及其表达研究

 应用RT-PCR方法克隆得到荔枝AP1同源基因cDNA全长,命名为LcAP1（基因登录号：JN214349）。LcAP1基因开放阅读框738 bp,编码245个氨基酸,推测蛋白质分子量为28.39 kD,等电点为9.69。序列分析显示,LcAP1基因编码的蛋白在1 ~ 61氨基酸含有1个MADS盒结构域,在89 ~ 179氨基酸有1个K盒结构域。蛋白质二级结构预测表明,LcAP1基因编码的蛋白有3个α螺旋,2个β折叠区,8个β转角。同源分析表明,LcAP1基因在不同植物中的一致性为72% ~ 82%。半定量RT-PCR分析表明,在‘三月红’荔枝花芽分化期,LcAP1基因在成熟叶、幼叶、老茎、嫩茎、花芽和花梗中均表达,在花芽中表达最多。