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二穗短柄草中VRT2-like基因的克隆及初步的功能分析

李文艳  
【摘要】:植物的茎顶端分生组织的发育过程经历了从营养生长到生殖生长两个阶段的转变,最终完成开花结果的过程。在这个发育过程中,发生了复杂的基因表达调控。目前,在模式植物拟南芥中,关于开花时间和花器官发育相关的基因以及分子调控机制已经做了深入的研究。但是,许多证据表明,单子叶植物和双子叶植物在开花控制机理方面存在一定的差异。本文以二穗短柄草为材料,尝试克隆小麦VRT2基因的同源基因并探讨其在开花时间控制方面的作用机理。 有实验数据表明,在小麦中,TaVRT-2是开花转变过程中的主要基因,TaVRT-2能够与TaVRN1基因启动子的CArG-box区域结合,抑制启动子的活性,并且该抑制效应被TaVRN2所加强。但是,目前并不清楚这三个基因在分子水平上的相互调控作用和它们是如何控制开花时间的。本研究用同源基因克隆法结合3′RACE技术,从二穗短柄草(Brachypodium distachyon)中分离到两个与小麦TaVRT-2基因同源的短柄草类TaVRT-2基因,分别命名为BdVRT2-like1和BdVRT2-like2。BdVRT2-like1基因序列中675bp的开放阅读框可编码225个氨基酸;BdVRT2-like2基因序列中690bp的开放阅读框可编码230个氨基酸。由系统发生分析发现,这两个基因属于StMADS11-like家族的成员,而且,BdVRT2-like1与TaVRT-2和HvVRT-2亲缘关系比较近,而BdVRT2-like2与ZmM19, ZmM26和OsMADS22亲缘关系比较近。 由实时定量RT-PCR表达分析表明,这两个基因都在茎顶端分生组织中的表达量最高,说明这两个基因发生作用的部位可能位于茎顶端分生组织中。在植物的整个发育周期中,BdVRT2-like1基因在营养生长以及“孕穗期”阶段表达量比较高,进入生殖生长阶段后期其表达被抑制。BdVRT2-like2在整个发育周期中的表达比较均匀,进入生殖生长阶段表达量略微上调,说明BdVRT2-like2可能对花器官的发育有一定的关系。两者都受低温诱导表达,春化处理前后发现它们的表达量都比较低。这些特征都与维持营养生长有关。在光周期调控实验中,BdVRT2-like1是短日照诱导表达的,而长日照表达量下调,但光周期对BdVRT2-like2的影响比较弱,长日照比短日照表达量略高一些。说明BdVRT2-like1基因与维持营养生长具有更高的相关性。转基因实验中,BdVRT2-like1在野生型拟南芥中的过量表达能够明显的导致晚花,与该基因相关的RNAi短柄草转基因苗表现出明显的早花表型。BdVRT2-like2在拟南芥中的过表达能够导致轻微的晚花。所有这些数据说明,BdVRT2-like1基因的功能主要是维持营养生长推迟开花,对开花转变起到一定的抑制作用。而BdVRT2-like2较之BdVRT2-like1基因有一定的区别,该基因可能对生殖生长有一定的作用。所以推测,BdVRT2-like1基因与TaVRT-2基因的同源关系更近。


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