兰科植物花发育分子机理研究进展

研究兰科植物花发育分子机理对兰花育种和产业发展具有重要意义。本研究从开花时间以及花器官发育的A、B、C、D和E类基因等方面回顾了近年来兰科植物花发育分子机理的研究进展,并从B类基因的进化简述了兰科植物花形态建成的机制,最后探讨了兰科植物花发育分子机理研究存在的问题以及今后研究的主要方向。     

AGAMOUS在花发育中的核心功能研究进展

花是植物重要的生殖器官,受到多种花发育因子的调控。AGAMOUS(AG)在花发育的不同阶段有着不同的表达模式,对于植物的繁殖和发育有着重要的作用。AG与其他花发育基因、蛋白之间的相互作用决定了植物花器官的形态建成。近年来研究发现,AG基因对于花序分生组织向花分生组织的转化起到了关键的调控作用,特别是它与WUSCHEL(WUS)基因的反馈调节途径促进了植物生殖器官的发育。本综述总结了AG基因在植物花发育调控网络中的作用及生物学功能,展望了花发育未来的研究方向与发展趋势。     

与植物花发育相关的miRNA研究进展

植物花器官的形成是物种得以延续的基础。研究表明,植物的花发育过程不仅受外部环境影响,同时也受内在基因调控,其中microRNA(miRNA)分子在基因调控过程中起到重要的作用。本文通过介绍模式植物拟南芥(Arabidopsis thaliana)及一些木本植物关于miRNA方面的最新研究进展,综述这种非编码小RNA分子在调控植物花期、花器官与花育性上的作用,指出目前在miRNA研究上存在的问题,并对miRNA在花器官发育中的深入研究做出展望。     

兰科植物花香成分研究进展

从兰科植物花香成分及其合成调控等方面进行综述,重点总结了常见兰花的主要花香成分、影响检测花香成分时的主要因素,以及花香生物合成途径中相关分子调控机制。分析表明,萜烯类化合物是兰花最主要花香成分,采样时期、部位、环境和检测技术等都会导致花香成分变化,萜类合成酶基因(TPS)和MYB类转录因子是花香物质代谢途径中主要调控基因。发现兰科植物相关花香成分完整代谢途径及分子调控机制的研究缺乏,是兰科植物花香性状研究现状存在的主要问题,深入挖掘与利用兰花香花基因、完善相关代谢途径将会是兰科植物花香性状未来的研究重点。     

墨兰PI基因过表达载体构建及功能初步分析

MADS-box基因是植物中一类重要的转录调控因子,在生长发育调控和信号传导中发挥着重要作用,并参与花器官的发育和开花时间的调节。兰花中存在大量MADS基因,但这些基因的作用仅有少量研究报道。本研究将墨兰MADS基因家族中PI (PISTILLATA)基因cDNA开放框序列连接到pBWA(V)HU-ccdB-GUS载体上,构建了过表达载体,随后通过农杆菌介导法转化铁皮石斛原球茎,获得转基因株系;采用潮霉素抗性筛选,获得阳性植株,并利用试管开花技术,获得阳性植株开花苗,对开花表型进行观察。结果显示,PI基因在铁皮石斛中过表达能导致铁皮石斛花朵表型发生变化,阳性转化苗花朵在整体花型、中萼瓣和捧瓣的形状、花瓣边缘颜色、合蕊柱内侧的斑点区和紫色条带、舌瓣的颜色和形状等方面都发生了变异,尤其在舌瓣变化最明显,说明PI基因可能与兰花花瓣表型形成有关。本研究结果可为阐明墨兰舌瓣的形成机理及兰花基因工程育种性状改良提供参考依据。     

植物AGMOUS-like 6基因的进化及功能研究进展

AGMOUS-like 6 (AGL6)亚家族是MADS-box转录因子中一个古老的分支,AGL6基因主要参与植物开花时间、花器官发育、花色形成以及果实发育等方面的调控。明确AGL6基因的起源时间,关注不同物种中AGL6亚家族成员的功能研究,将有助于进一步的了解花的发育及开花机理,同时为今后解读或破译MADS-box基因的形成顺序、进化和功能提供重要依据。本研究将着重论述AGL6亚家族基因的结构与生物进化、生物学功能,并阐述AGL6基因与上下游基因之间的调控关系。为进一步利用生物技术手段调控开花时间,提高植物的观赏价值及果实品质等提供理论依据。     

石榴NAC转录因子家族的生物信息学分析

NAC (NAM-ATAF1/2-CUC2)是植物特有的转录因子大家族之一,其参与植物叶片的衰老、花的形成、种子的发育、根的发育、次生细胞壁的合成、激素的信号转导、果实的成熟及着色等生长发育过程。本研究基于石榴基因组数据库,从中鉴定了73个NAC基因;运用生物信息学方法分析NAC基因家族的蛋白理化性质、基因结构、保守结构域、进化和基因表达。结果表明,NAC基因可分为9个亚族。基于不同组织器官的转录组数据,分析了Pg NAC基因的表达模式,发现Pg NAC30有可能在石榴根系的发育中起重要作用;Pg NAC3和Pg NAC13有可能参与调控石榴种子大小,Pg NAC32有可能调控石榴果实成熟发育,Pg NAC49参与调控石榴种子木质素的生物合成。该研究结果为石榴NAC家族基因功能研究,探索NAC调控石榴果实发育及品质形成提供参考,为石榴的分子育种提供科学依据。     

兰科植物分子生物学研究进展

近年来,随着分子生物学技术的不断进步,兰科植物在分子方面的研究也得到迅速发展。分子标记不仅为快速鉴别兰花提供新依据,而且在研究兰花的遗传多样性、亲缘关系及种质资源等方面发挥着重要作用。兰花的花型奇特且高度特化,花色丰富,是研究基因遗传调控与花形态建成的理想材料。鉴于此,本综述主要从分子标记和功能基因两个方面,对兰花的分子生物学研究进展进行综述,并对目前该领域需解决的问题进行探讨,以期为加快分子生物学技术在兰花研究中的应用提供理论依据。     

植物逆转座子起源的特异性转录因子ALOG基因研究进展

特异性转录因子广泛参与植物胚胎发育、器官形成、开花、果实成熟、环境胁迫以及衰老等多项生命过程,但目前还未见有关逆转座子起源的植物特异性转录因子的文献综述。ALOG基因是近些年在水稻和拟南芥中发现的唯一起源于DIRS1-like型逆转座子的特异性转录因子,是一类编码DUF640结构域的新型蛋白。该基因家族在高等植物中存在多个拷贝,并且参与了植物幼苗下胚轴和花器官等发育过程。本研究介绍了ALOG基因结构及起源,并回顾了拟南芥中ALOG基因的表达模式以及在幼苗下胚轴及花器官发育中的作用,介绍了水稻ALOG基因在内外稃发育、小穗不育外稃发育以及花序形态建成的作用。分析表明ALOG基因不仅参与了器官形成,而且与一些重要的农艺性状有关,对水稻中该基因家族其他成员以及禾本科其他粮食作物的ALOG基因家族进行功能研究是非常有价值的。随着分子生物学研究的深入开展,将在其他高等植物中发现更多由逆转座子进化而来的特异性转录因子,研究ALOG基因将为解析这些基因的功能提供参考。     

国兰花序之变异

中国兰花是兰科兰属(Cymbitium)中原产于我国的兰花,又称为“国兰”,它包括常见的地生兰,如春兰、蕙兰、寒兰、建兰、墨兰、春剑等,以及附生兰如虎头兰、碧玉兰、黄蝉兰等。兰科植物是单子叶植物中最为特化的一科,它的花构造最为奇特,外两轮分别为萼片和花瓣,各有3枚,其中花瓣1枚特化为     

CO基因的调控表达与植物光周期反应

光周期是影响植物花发育的重要环境因素,CONSTANS（CO）是拟南芥光周期遗传调控途径中的关键因子,目前已在许多植物中发现了具有N 端类锌指结构B-box和C端CCT 保守结构域的CONSTANS-like (COL)基因,但它们的功能却不尽相同。本文概述了CO基因的结构、家族成员及其在光周期途径中的作用机制,以期为植物光周期遗传机理研究提供参考。     

拟南芥APETALA1基因在花发育中的网络调控及其生物学功能

为了阐明拟南芥花分生组织特征基因--APETALA1（AP1）基因在开花调控网络的中心位置,笔者重点综述了AP1在花发育中的网络调控及其生物学功能,探讨了花发育机制的研究重点。AP1既是花分生组织决定基因,也是花器官发育特征基因,处于成花调控网络的关键位置。AP1基因需要通过与其他调控基因的相互作用,决定花分生组织的形成、花芽的起始及花器官的发育。     

莲瓣兰MADS转录因子生物信息学及其在不同组织中的表达

为探索兰花花器官形成机理,我们从莲瓣兰花朵转录组测序的MADS基因家族成员中,筛选出8个基因,并用MEGA6.0和MEME软件对其生物信息学进行分析,并进行了相对表达量分析。研究结果表明,8条MADS基因分别与其它物种MADS-box家族成员有较高同源性。MADS-box结构域分析显示,除了Unigene0032261只拥有M结构外,所有基因都拥有M,I,K,C结构域。荧光定量PCR分析表明,这8个基因,可能与花器官的发育相关,参与了除鼻头外,花器官不同组织部位的发育,在营养器官中也检测到不同程度的表达。Unigene0024850、Unigene0024850、Unigene0032261、Unigene0013190、Unigene0026604与Unigene0019639在唇瓣中也不同程度表达,而Unigene0024956和Unigene0021946在唇瓣中表达最低,推测前六个基因可能参与了唇瓣的发育,而后者2个对唇瓣发育作用不大。其中Unigene0025650在小舌中高表达,可能参与了多舌的形成。本试验为莲瓣兰花发育及多舌奇花形成机理提供了一定的理论依据。     

蜗牛兰属植物繁殖与栽培

正蜗牛兰是兰科文心兰亚族蜗牛兰属植物,为热带树上附生的中小型兰花植物之一。全属仅8个原生种和3个变种,与文心兰属、齿舌兰和堇花兰属(密尔顿兰属)有近缘关系。广泛分布于南美洲的哥伦比亚、厄瓜多尔、秘鲁及玻利维亚高海拔地区,19世纪初引入英国栽培,早期被称为齿舌兰属,后于1881年重新命名,将属名改为蜗牛兰属,因唇基胼胝体形似蜗牛而得名。     

石榴YABBY基因家族的生物信息学分析

YABBY基因家族是种子植物特有的转录因子,该家族具有N-末端锌指结构域和C-末端螺旋-环-螺旋保守结构域;在植物的生长发育,特别是叶片的生长、果实的发育、花器官的形成和植物次生代谢物质的代谢中起重要作用。本研究从石榴基因组中鉴定到6个YABBY基因,并将其划分为5个亚族。不同器官和品种的表达分析表明:Pg YABBY基因家族在石榴的生长发育和生理过程中起重要作用。转录组分析表明:PgYAB2可能负调控石榴果皮和种子的发育。PgINO有可能负调控外种皮的发育。PgFILb基因有可能通过调控木质素或半纤维素等次生代谢物质的生物合成相关基因的表达进而调控石榴籽粒的硬度。本研究结果为石榴YABBY家族基因功能研究、探索YABBY调控石榴果实发育及品质形成提供参考,为石榴的分子育种提供科学依据。     

花对称性基因CYC、RAD、DIV的研究进展

花对称性作为花器官的重要特征,影响植物的授粉和繁殖效率。在过去的20年,科学家们在模式植物金鱼草(Antirrhinum majus)的经典花对称突变体中鉴定出花对称性的关键遗传成分,揭示了花的左右对称性是由一个相互作用的基因网络控制的。CYCLOIDEA(CYC)类基因属于植物特异的TCP(Teosinte branched 1/Cycloidea/Proliferating cell factors)家族基因,与其同源基因DICHOTOMA(DICH)激活RADIALIS(RAD)和抑制DIVARICATA(DIV)基因而共同决定金鱼草花的背部属性,促进左右对称性结构的形成。目前关于花对称性的研究重点主要集中在被子植物的花对称性系统发育以及核心真双子叶植物CYC、RAD、DIV基因复制事件和不同时空表达模式对花对称进化的影响上。随着研究范围的扩大,许多研究逐渐开始关注具有独特对称性特征或具有重要系统发育地位的非核心真双子叶植物和单子叶植物的花对称性发育情况和分子调控机制。     

杨树花发育相关基因及基因工程调控

杨树作为世界上重要的速生栽培树种和林木基因工程的模式树种,对其花发育分子机理的深入研究既是进行杨树开花调控的前提和基础,也为研究其它多年生木本植物花发育的研究提供借鉴.与其他开花植物相似,杨树的花发育也分为开花诱导、花的发端和花器官发育三个阶段,并且每个阶段都有多种基因的参与和调控.依据拟南芥等植物中花发育基因的信息,在杨树中也克隆了一大批与其花发育相关的基因,这些基因在表达方式、基因功能、调控等方面与其在拟南芥等植物中既有相似性,又具有杨树自身的特点.在杨树花发育相关基因的研究基础上,已经获得了提早开花及不育的转基因杨树.随着杨树花发育研究的不断深入以及实验技术的不断更新,杨树遗传改良必将发生历史性的变革.     

MADS-box基因在果实发育、成熟过程中的作用

MADS-box基因是一个序列特异的调节基因家族,所编码的蛋白为转录因子,主要由MADS盒、K盒、I区、C末端、N末端等5个部分组成,其中MADS盒非常保守。MADS-box转录因子是通过二聚体化的形式以其保守结构域与特定的DNA序列相结合来调控基因的表达的。大量的研究表明,MADS-box基因在植物花的发育上具有重要的作用,已克隆出了许多与花器官发育相关的A-C类的MADS-box基因,而且也发现了许多可以调控花时的MADS-box基因。目前,越来越多的研究表明,MADS-box基因在果实的发育、成熟中也有着重要的作用。已在矮牵牛和拟南芥中分离出与胚珠的发育密切相关的几个MADS-box基因FBP7、FBPII、STK、SHP及SEP基因。目前认为果实的成熟主要是由于乙烯的调控而引起的,但在番茄中发现1个MADS-box基因与果实的成熟相关,而且可能是跃变型和非跃变型果实共有的果实成熟调节者,首次发现MADS-box对果实成熟的作用会为用非激素的方法来调控果实成熟提供新途径。果实的开裂会严重影响某些裂果的产量,进行相关的分子调控有着重要的实际意义,已在拟南芥中发现2个MADS-box基因SHP和FUL与果实的开裂密切相关,SHP会控制裂开区域的分化,而FUL的过量表达会抑制裂片区域的木质化,FUL可以负调控SHP基因。     

植物开花基因新资源:甘菊中花分生组织决定基因DFL

LFY基因是花分生组织特征基因,不仅决定花分生组织的形成,而且控制着开花时间。在利用基因工程进行植物花期调控方面具有深远的影响。本文作者利用RT-PCR、PCR-RACE技术,从菊科菊属植物甘菊(19endranthe ma lavandulifolium)中分离到了LFY同源基因DFL,基因登录号AY559245。为植物花发育的研究及观赏植物的花期调控提供了新的基因资源。     

AT-hook基因及其在植物开花调控中的研究进展

AT-hook基因是能够编码与双链DNA小沟中富含AT碱基的序列特异性结合的一类基因,其所编码的蛋白含有以甘氨酸-精氨酸-脯氨酸(GRP)三个氨基酸残基为中心的DNA结合蛋白基序。笔者通过对AT-hook基因的特点和功能及其在拟南芥及水稻等高等植物开花中的调控作用综述。AT-hook基因不仅参与植物的生长发育及逆境胁迫与激素信号应答,同时在花器官的形成以及植物开花中也起着重要的调控作用。该基因在花器官组织中的表达量最高,影响成花素基因的表达,且其编码蛋白能够通过改变染色质状态或招募蛋白复合体在表观水平上调控植物开花相关基因的转录,从而影响植物开花。该基因可能为植物开花的表观遗传调控提供了新的途径。