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茶树CsAP1基因克隆及AP1基因系统进化分析

施雁飞  
【摘要】:茶树(Camellia sinensis(L.)O.Kuntze),核心真双子叶植物,属杜鹃花目,山茶科,山茶属。山茶科最常见的品种,叶片中富含咖啡碱,是世界著名饮料之一,也是我国重要的叶用经济作物。茶树花芽大多在每年6月于当年或隔年生枝条的叶腋间陆续分化,10-11月进入盛花期,次年果实成熟。从花芽分化到种子成熟,花、蕾、果共存时间长达15-16个月。茶树这种全年持续的生殖生长必然会争夺过多的光合产物和能量,消耗无机养分,对叶片的营养生长造成不必要的竞争。 上世纪80年代末,有学者研究了茶树花芽分化过程和形态特征,指出茶树花芽和叶芽共同着生在叶腋间,一般花芽萌发处的叶芽多处于休眠状态。本研究小组也曾对‘紫阳槠叶种’花芽发端及花器官分化过程进行了深入的组织解剖学观察,这些形态学研究为深入揭示茶树花发育分子机制奠定了重要的形态学基础。陕西茶区作为我国最北部的茶区之一,属北亚热带季风湿润气候,具有丰富的茶树种质资源。因此,可利用陕西特有的茶树种质资源,克隆茶树花发育决定基因,从分子生物学角度阐明茶树营养生长与生殖生长的分子调控机制。 本研究以陕西地方代表性茶树种质‘紫阳槠叶种’为材料,从分化初期的茶树花芽中提取总RNA,根据山茶花等近缘种木本植物的AP1同源基因的保守域设计引物进行RT-PCR同源克隆,结合RACE技术扩增获得茶树CSAP1基因的cDNA序列全长;并进一步对茶树CsAP1基因在芽叶、花器官和果实中的表达特征及CsAP1基因的分子系统进化关系进行分析。得到主要结论如下: 采用同源克隆方法从‘紫阳槠叶种’分育初期的花芽中克隆到AP1同源基因的保守区域长度为508bp,结合RACE技术最终克隆获得CDS全长为982bp。该序列与Genbank数据库中多个物种的AP1同源基因相比都具有很高的相似性,其中与山茶花CjAPL2(?)目似性高达94%。故将其命名为茶树CsAP1基因(KJ630567).CsAP1基因包含由242个氨基酸编码的长为729bp的开放阅读框(ORF),3'上游非编码区50bp,5'下游非编码区203bp。 半定量RT-PCR结果显示,CsAP1基因在茶树的营养和生殖器官中均能检测到。其中在分化初期的花芽、萼片和花瓣中表达量很高,在果实表达水平略低,而在雄蕊、雌蕊和芽叶中表达量最低。说明茶树CsAP1基因既能参与茶树花发端的调控,又能作为A类基因决定外两轮花器萼片和花瓣形态建成,这种表达特性与其他真双子叶植物AP1同源基因的双重功能相类似。 茶树CsAP1基因为MIKC-type的MADS box基因,其中MADS域含有60个氨基酸残基,K域位于75-174氨基酸残基处,C域含有转录激活区和CaaX box,表明茶树CsAP1基因属于AP1家族中的euAP1亚家族。茶树csAP1基因编码的蛋白位于细胞核中,相对分子质量为28255.2,等电点为8.64,平均亲水性指数为-0.797:二级结构中α-螺旋占60.33%,无规则卷曲占29.75%,延伸链占9.92%,其中α-螺旋构成了蛋白质三级结构中的主要骨架。 用14个物种的19条AP1同源基因的氨基酸和ORF序列建立分子系统进化树,两种聚类结果基本一致,euAP1类基因聚为一类,euFUL类基因聚为一类。euAPl分支中,与茶树同属菊分支的猴面花、金鱼草、向日葵和大丁草4个物种聚为一支,拟南芥AP1等属于蔷薇分支的5个物种聚为一支;茶树CsAP1与同属杜鹃花目的山茶CjAPL2和仙客来CpAP1聚为一支,置信度分别为82和57,说明CsAP1基因在同科同目间进化保守性强。山茶CjAPL1与其他4个FUL基因蛋白聚为euFUL分支。


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1 施雁飞;茶树CsAP1基因克隆及AP1基因系统进化分析[D];陕西师范大学;2014年
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