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《西南农业大学》 2003年
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棉花(Gossypium hirsutum L.)花器官特异MADS-box基因GhMADS-1的克隆

郑尚永  
【摘要】: 植物花器官发育研究是植物发育分子生物学的重要内容。自Coen等(1991)首次提出花器官发育的“ABC”模型以来,花器官发育的研究取得了突破性进展。以拟南芥、金鱼草等模式植物为代表的与花器官发育相关的基因相继被克隆。研究表明,控制花器官发育的绝大部分基因属于MADS盒基因家族成员。该家族成员是一种重要的转录因子,都含有一个保守性很强的MADS盒,最早在酵母(MCM1)、拟南芥(AGAMOUS)、金鱼草(DIFICIENS)和血清学应答因子(SRF)中发现,是广泛存在于动植物中的调节基因,在花器官发育以及同源异型转换中起着非常重要的作用。分离植物花器官发育相关基因,将有助于探明植物生殖发育的分子模式,并为观赏植物和花卉品种的基因工程改良奠定坚实的基础。 棉花是一种重要的经济作物,其花器官发育也很有特点:营养器官与生殖器官同时形成,每一朵花均为顶花,由果枝顶端分生组织形成一片真叶和一片先出叶后形成。因此,研究棉花花器官的发育具有一定的理论和实践意义,但目前还未见棉花花器官发育研究的相关报道。突变体是发育生物学研究的重要材科,我们在棉花组织培养再生植株中发现了一批花器官突变体,为研究棉花花器官的发育提供了良好的科研素材。我们对其中一个花器官均突变为苞叶状叶性器官的突变体进行了分析。根据其表型,初步判断可能是其A、B、C三组功能基因均未发挥作用所致。为弄清涉及这些突变体的基因以及相关基因在棉花花器官突变体中的作用,我们利用棉花EST数据库资料,通过EST序列整合,从陆地棉徐州142花蕾中克隆出一个含MADS结构域的蛋白编码区段。该片段与葡萄、烟草、矮牵牛、拟南芥和金鱼草等属AGL2类的MADS结构域蛋白亚家族有较高的同源性。经对该基因的初步分析,得到如下主要实验结果: 1.棉花MADS盒基因的克隆 通过对同源EST序列的整合和延伸,得到一条含MADS盒的整合序列。根据该序列设计引物, 内而衣业人学二皿三而厂卜学位论义 经扩增、十四和测序,得剑一个 MADS盒基因的完整的编码区段,其核昔酸序列与整合的序列相比 基本一致,将其命名为 GNI(Gmp hbi’uln’ L)。该基因在 GenBank的登录号为 AF38965。 2.棉花GW-1基因的序列与同源性分析 核百酸序列分析表明,GN-IK 715hp,包含一个 7llbp的开放阅读框,编码 236个氨基酸。 经在NCBI中进行蛋白质相似性分析,结果表明,GhMADS-且与AGLZ类MADS盒亚家族的同源性 较高,与葡萄的VVMADS4的同源性高达82%;与金鱼草的DEFH3X)的同源性为76%。而与其它 特征性ipS盒基冈的同源性则仅在30$左右。 3.GhMADS-l的系统进化与结构分祈 系统进化聚类分析结果表明,该基因属于植物MIKC型MADS盒的AGLZ类亚家族成员,其功 能与花器官的发育相关,主要调控与花瓣、雄蕊和心皮发育相关基因的转录和表达。该基因属植物 m正C型MAD s盒结构蛋白,第1至第62个氨基酸为MAD s盒结构,第奶至第160个氨基酸为二 级纬构较为保守的K盒,最后是不保守的C端,在WoS盒和K盒之间约30个氨基酸左右为不保 守的!区(intervening region)。 4.RTPCR表达分析 RT.PCR分析结果表明,该基因(GNS-1)在陆地棉的花瓣、雄蕊、胚珠和纤维中表达,特 别是在花瓣中表达量最高,而在根、茎、叶等营养器官不表达。说明GW.1在棉花的生殖生长 器官中特异表达,可能参与棉花花器宫发育的控制c 5.GhMADS-l与CHVI的关系的初步分析 突变体CHVI的遗传学特性比较稳定。通过对其进行表型和扫描电镜分析,CHVI花蕾中所有 花器宫均变成苞叶,与拟南芥花器官变成薯片相类似(拟南芥花器宫无苞叶结构)。GhMADS-l属于 AGLZ类ioS盒亚家族成员,其功能是调控花器宫内三轮的发育。RT-PCR分析显示该基因在突 变体CHVI的变异花蕾中不表达。说明GhMADLI基因在突变体中的表达可能受到抑制或该基因本 身发生了夹变,从而可能与茫变体CHVI的形成有一定的联系。
【学位授予单位】:西南农业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2003
【分类号】:S562

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