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《山东农业大学》 2004年
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风信子胚珠特征决定基因的分离及其表达的激素调节

宿红艳  
【摘要】:胚珠作为雌配子体的携带者,是种子的前身,在被子植物的有性生殖过程中起着重要的作用。胚珠的发育过程伴随着显著的形态变化,并且相关基因一旦发生突变,往往造成雌性不育,该特点为进行遗传分析提供了极大的方便。因此,胚珠的发育为研究器官的形态发生和模式建成的机理提供了一个理想的研究系统。近年来,关于胚珠特征决定、模式建成、珠被形态建成和胚囊形成等发育事件分子机理的研究取得了重要进展,初步建立了胚珠发育的基因调控模型。然而迄今为止,关于激素调节胚珠特征基因的研究尚未见报道。风信子离体花器官再生系统为研究激素调节花发育的分子机理提供了一个有效的途径。本研究从风信子的胚珠中分离到MADS box基因HoMADS1。表达模式和功能分析结果表明该基因为决定风信子胚珠特征的关键基因。令人感兴趣的是,在离体条件下,低浓度激素诱导胚珠分化过程中HoMADS1的表达。主要结果和结论如下: 1.HoMADS1的分离及其特征 我们从风信子的胚珠中分离出HoMADS1基因(AAF08830)。HoMADS1 cDNA全长为1062bp,OFR区编码234个氨基酸。利用NCBI BLAST软件对其序列分析表明,该基因推导的蛋白质具有典型的MADS box功能结构域。聚类分析结果表明,HoMADS1应属于D类MADS box基因。 2.HoMADS1 为胚珠中特异表达的基因 RNA 分子杂交结果显示,仅在胚珠中检测到HoMADS1 mRNA的积累,而在营养器官和其它花器官中均未检测到该基因的转录产物,表明HoMADS1为在胚珠中特异表达的基因。 3.HoMADS1为决定胚珠特征的关键基因 构建起35S::HoMADS1 正义表达载体,并转化拟南芥。转基因植株主要表现为花发育异常。第一轮花器官转变为心皮状结构,其边缘着生有异位的胚珠,末端具有明显的柱头状的乳突。进一步的解剖学观察结果显示,这些胚珠中含有正常的雌配子体。此外,靠近花序的茎生叶也表现出心皮的某些特征,如叶片的顶端具有明显的柱头状乳突。 WP=10 以上研究结果表明,与D类基因过量表达转基因植株表型相似,HoMADS1过量表达导致转基因拟南芥产生异位心皮和胚珠,从功能上进一步阐明HoMADS1为风信子决定胚珠特征的关键基因。转基因植株的鉴定分析结果显示,在转基因植株的叶和花中均检测到HoMADS1的表达,而在野生型拟南芥中没有检测到相应的信号,并且HoMADS1的表达水平与转基因植株表型严重程度是一致的,说明上述转基因植株的表现型是由HoMADS1异位表达引起的。 4. 低浓度激素诱导风信子再生花芽中胚珠的产生 以花粉粒处于二胞晚期的风信子花被片为外植体,先在附加高浓度激素的培养基上培养,诱导再生花芽产生,培养一段时间后,将其转移到附加低浓度激素的培养基上,即能诱导胚珠的分化。组织切片和扫描电镜观察结果表明,与植株中胚珠的形态发生过程基本一致,再生胚珠在分化启动后即按预定的发育程序完成大孢子发生和胚囊发育等过程。 5. 低浓度激素诱导再生胚珠分化过程中HoMADS1的表达 RNA分子杂交结果显示,在离体花器官再生系统中HoMADS1在再生胚珠中特异表达,与在植株中的表达模式相似。进一步研究显示出,在胚珠原基发生之前,HoMADS1 mRNA就已在心皮状结构边缘的某些细胞中积累,之后集中在由此处产生的胚珠原基和幼嫩的胚珠中,暗示HoMADS1 mRNA 的积累对于启动再生胚珠的分化是必需的。令人感兴趣的是,在高浓度激素条件下持续培养的花芽中没有检测到HoMADS1 mRNA的积累,而在降低激素浓度后5天的再生花芽中即检测到了较强的杂交信号,说明降低外源激素浓度可能通过一系列的信号传导途径激活了HoMADS1的转录,进而诱导胚珠的产生。本研究为理解激素调节花器官发育的分子机理提供了新资料。
【学位授予单位】:山东农业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:S682.29

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