植物MADS盒基因与花器官的进化发育

已在维管植物中发现百余种MADS盒基因,此种基因家族由表达模式和功能关系密切的基因构成多种特定的亚族和DEF／GLO类（B功能）,AG类（C和D功能）等,植物花器官发生和花形态多样性的遗传机理和进化规律都可能与MADS盒基因的结构,表达以及功能进行相关。     

植物MADS盒基因研究进展

植物中的MADS盒基因是一个序列特异的调节基因家族。它编码的蛋白转录因子在植物的生长发育中起着重要的调节作用。综述了植物MADS盒基因的进化、调节机理、与花器官发育的关系以及MADS盒相关基因克隆等方面的研究进展,并论述了MADS盒基因研究的发展趋势。     

蕨类植物MADS盒基因研究概况

MADS盒基因是生物重要的调控基因家族.简述了MADS盒基因的分类、分布和功能及种子植物MADS盒基因研究及一种苔藓植物的MADS盒基因概况,对目前从蕨类植物中分离定性的MADS盒基因与种子植物相比具有的特点及其演化关系进行了重点介绍.     

OsMADS34与OsMADS56蛋白互作及OsMADS56表达模式分析

MADS-box蛋白可以通过形成多聚体复合物发挥功能。Os MADS34作为一个多样功能的SEPALLATA(SEP)基因,其可以控制水稻花序及小穗的发育。为了了解Os MADS34在控制水稻花序及花发育的机理,我们利用水稻Os MADS34作诱饵蛋白,从构建的水稻枝梗分生组织的c DNA文库中筛选可以互作的未知蛋白。利用酵母双杂交分析,筛选到了互作蛋白Os MADS56,并通过自激活验证及蛋白定位分析降低了假阳性及假阴性的因素影响。利用定量PCR对Os MADS56的表达模式进行分析,Os MADS56在水稻花序和小穗发育时期表达,Os MADS56可能是在蛋白水平上与Os MADS34相互作用共同调控水稻花序的发育。本工作为今后进一步研究Os MADS34及开花基因如何调控水稻花序和花发育提供了见解。     

香蕉MuMADS1基因的生物信息学分析

通过筛选用采后0h和48h的香蕉果实构建的果实成熟的SSH(抑制差减杂交)文库,得到一条命名为MuMADS1长度为888bp的片段。通过互联网数据库及生物信息学分析工具对香蕉MuMADS1基因及其编码蛋白进行理化性质预测、序列与结构分析和功能预测。结果表明:MuMADS1基因编码蛋白分子式为C1171H1879N351O367S7,属于亲水的不稳定蛋白;保守结构域分析含有保守的MADS盒和半保守的K-box盒;二级结构主要是以α螺旋为主;具有多种磷酸化位点和核定位信号;同源性比较发现与许多植物的花器官决定基因具有较高的相似性,推测它们可能为同源基因,具有相似的生物学功能。     

棉花MADS框基因GhMADS3的克隆及其组成型表达对烟草花器官决定的影响

MADS框基因在植物花器官发育中发挥着关键性作用。为研究棉花花器官发育的机理,以徐州142花蕾为材料,利用EST数据库资料,通过EST序列整合,克隆出了一个MADS域蛋白的编码区段,GenBank登录号为AY083173。该片段(GhMADS3)包含一个732 bp的开放阅读框,推导的氨基酸序列(244氨基酸)与可可,黄瓜,烟草,矮牵牛,金鱼草等的AG亚家族基因的序列相似性高。进化树重建分析将GhMADS3基因归入MADS框基因AG亚家族C功能分支的euAG分支。RT-PCR分析显示,该基因在雄蕊和心皮中表达,在根、茎、叶等营养器官,萼片,花瓣,花器官变异体chv1(所有花器官均变为苞叶状器官)的花蕾中不表达。将GhMADS3与35S启动子融合构建成嵌合基因转化烟草,转基因烟草植株花朵出现萼片(轮1)向心皮,花瓣(轮2)向雄蕊的转变,花器官表现明显的白化倾向。同时,在轮1观察到丝状结构的出现,该结构在此前类似的研究中尚无报道。这些结果说明,实验中克隆了一个有生物学功能的棉花的AG亚家族MADS框基因,该基因可能在棉花花器官发育中有重要的功能。     

森林草莓全基因组MADS-box转录因子基因的鉴定及凤梨草莓果实FaMADS1基因克隆

本文利用生物信息学方法对森林草莓（Fragaria vesca）基因组数据库中MADS-box基因的数量、结构类型、序列特征及染色体定位进行分析。结果表明,获得70个含SRF-TF结构域的森林草莓Fv MADS基因,DNA长度289~14 596 bp,编码66~1 437个氨基酸残基,有21个Fv MADS没有内含子,在7条染色体上呈不均匀分布;68个Fv MADS蛋白序列含有保守基序Motif 1,最佳匹配序列为＂RQVTFSKRRNGLLKKAYELSVLCDAEVALIIFSSRGKLYEF＂。另外,从栽培品种‘丰香’草莓果实中克隆了Fa MADS1基因,该基因属于MADS-box基因家族,c DNA全长1 167 bp,编码区750 bp,推导编码249个氨基酸,具有MADS结构域和K-box结构域。     

基因枪转化的bar基因表达盒在水稻中遗传行为复杂

基因枪介导基因表达盒(仅包括启动子、编码区和终止子)转化是基因枪转化植物的新趋势,它能消除质粒载体主干序列对转基因植物的不利影响。本文研究了基因枪转化的bar基因表达盒在转基因水稻T1～T3世代中的遗传行为。结果发现:作为筛选标记的bar基因表达盒在水稻基因组中多拷贝整合,遗传分离行为复杂,还出现了Basta抗感分离比在35:1～144:1之间的"假纯合体",但50%转基因株系中(5/10)bar基因可作为一个显性基因按孟德尔方式稳定遗传至自交T2代。虽然bar基因为多拷贝整合,30%的转基因株系(3/10)在自交低世代(T1)能获得纯合体。Southern杂交分析发现,多拷贝的bar基因表达盒倾向于连接成转基因串联子整合在水稻基因组内。我们发现在Basta抗性正常分离的株系后代中bar基因表达盒Southern杂交模式能稳定遗传,但异常分离的株系后代中bar基因表达盒的一些拷贝发生了丢失。我们推测,bar基因表达盒在水稻中遗传分离行为的复杂原因可能是bar基因表达盒多拷贝整合、基因丢失和基因表达互作。     

棉花MADS框蛋白基因(GhMADS1)的克隆

作为转录因子,MADS框蛋白基因在植物花器官发育中有着重要的功能。为研究棉花花器官发育的分子机理,以棉花花器官突变体CHV1(cotton homeotic variant)和徐州142正常植株为材料,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MADS框蛋白的编码区段,GenBank登录号为AF538965。该片段(GhMADS1)长713bp,包含一个711bp的开放阅读框,推导的氨基酸序列(236个氨基酸)与葡萄、烟草、矮牵牛、拟南芥和金鱼草等的AGL2组MADS框蛋白有很高的序列相似性。系统进化分析同样将GhMADS1基因归人AGt2组MADS框蛋白。RT-PCR分析显示,该基因在陆地棉的花瓣、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、叶等营养器官和棉花同源异型突变体CHV1(所有花器官均变为苞叶状叶性器官)的变异花蕾中不表达。这些结果说明GhMADS1基因可能在棉花花器官发育中有着重要的功能。     

水稻愈伤组织形态发生中的MADS盒基因的差异表达

采用MADS(MCM1-Agamous-Deficiens-SRF)盒基因家族功能区保守序列PCR引物,将水稻(Oryzasativa L.ssp indica)“珍汕97B”悬浮细胞、愈伤组织、分化愈伤组织和再生试管苗等不同形态发生的组织的mRNA反转录后选择性放大,经测序胶分离鉴定出一组差异表达的cDNA。对命名为RM1 cDNA的5＇端序列测定表明,RM1与典型的MADS基因——拟南芥agamous蛋白保守区一级结构同源性达63％,模拟二级结构相似性显著,初步确认RM1属于MADS基因家族成员。分子杂交证实,RM1在悬浮培养细胞中不表达,而在愈伤组织、分化愈伤组织和再生试管苗中活跃表达。     

墨兰多舌奇花MADS特异表达基因筛选及分析

以墨兰‘南菊’为代表,用抑制消减杂交和基因芯片相结合技术构建墨兰多舌与正格花舌间的差异表达基因文库,筛选与花形态建成相关的MADS差异表达基因并构建系统进化树。结果表明:在多舌瓣中筛选出32个上调表达MADS基因,包括TM6、AG、AP1、DEF1、AP3及PI基因。其中有10个基因与AGL17、AGL29、FUI聚为一类,12个基因与其他的MADS基因归为一类。这些MADS基因参与了多舌瓣发生,并可能扮演了重要角色。该研究可为从兰花多舌变化的角度阐明墨兰奇花形成的分子机理及培育中国兰花新奇优良品种提供思路和理论依据。     

春化作用相关基因FLC的研究进展

拟南芥春化作用相关基因FLOWERING LOCUS C（FLC）属于MADS盒基因,它编码的蛋白转录因子对开花具抑制作用。春化作用通过负调控FLC的转录及蛋白表达水平,促进拟南芥的某些晚花生态型和晚花突变体开花。主要介绍了FLC基因在春化途径中的关键作用,及其春化作用通过FLC基因与其它开花途径相联系等内容。     

水稻单C2H2型锌指基因ZOS2-01的表达与功能分析

拟南芥超雄基因(SUPERMAN,SUP)是一个单C2H2锌指基因.该基因突变后会造成雌蕊同源转化为雄蕊,正常的心皮发育受阻,因此SUP在控制花第3/4轮边界的建立和胚珠的发育中起重要作用.为了探知水稻中的SUP同源基因是否也存在类似的功能,我们根据拟南芥SUP的功能结构域,从水稻中克隆了一个与SUP类似基因,命名为ZOS2-01,并对其表达和功能进行了分析.结果表明,ZOS2-01与拟南芥的SUP和矮牵牛的PhSUP1在系统进化树上处于同一分支且与SUP的功能结构域完全相同.定量PCR和GUS表达分析表明,除胚乳外,ZOS2-01几乎在所有组织和器官中表达,但在幼穗中的表达量最高,暗示它可能参与了水稻的营养生长和花器官发育的调节.然而,采用RNA干扰和过量表达的方法减少和增加ZOS2-01的表达并没有明显影响水稻的生长发育,转基因水稻的营养生长正常,花器官发育也没有明显异常且结实正常.这些结果表明,尽管水稻ZOS2-01与拟南芥SUP具有相同的功能结构域,但它们的表达和功能可能已出现了分化,或者水稻中存在多个功能冗余的SUP类似基因.     

水稻花器官突变体apl（abnormal palea and Iodicules）的表型分析与基因初定位

水稻（Oryzasafiva）是重要的粮食作物,其花器官的正常起始及形态建成直接影响水稻的产量。为了深入分析水稻小花发育的调控机理,从已构建的水稻EMS诱变突变体库中筛选获得了一个花器官异常发育的突变体apl（abnormal palea and Iodicules）。与野生型相比,apl变体小花的内稃膨大,浆片伸长或转换成稃状结构,雄蕊数目减少,表明APL基因可能参与调控水稻内稃、浆片和雄蕊等多轮花器官属性的建成。遗传学分析表明,该突变体性状受1个隐性单基因控制。通过图位克隆,将APL基因初步定位于1号染色体上。该工作为深入研究APL基因在水稻花器官形态建成中的作用机制奠定了基础。     

水稻花器官突变体apl (abnormal palea and lodicules) 的表型分析与基因初定位

水稻(Oryza sativa)是重要的粮食作物, 其花器官的正常起始及形态建成直接影响水稻的产量。为了深入分析水稻小花发育的调控机理, 从已构建的水稻EMS诱变突变体库中筛选获得了一个花器官异常发育的突变体apl (abnormal palea and lodicules)。与野生型相比, apl突变体小花的内稃膨大, 浆片伸长或转换成稃状结构, 雄蕊数目减少, 表明APL基因可能参与调控水稻内稃、浆片和雄蕊等多轮花器官属性的建成。遗传学分析表明, 该突变体性状受1个隐性单基因控制。通过图位克隆, 将APL基因初步定位于1号染色体上。该工作为深入研究APL基因在水稻花器官形态建成中的作用机制奠定了基础。     

蕙兰MADS基因APETALA1/FRUITFULL-like的克隆和时空表达特性

为研究兰花成花转变及花发育的调控机理,利用反转录RT-PCR和RACE的方法,从蕙兰萼片中克隆出一个APETALA1/FRUITFULL-like(AP1/FUL-like)基因,命名为CfAP11,GenBank登录号为JQ031272.1.该基因编码的氨基酸序列与MADS-box蛋白家族中类APl/FUL亚家族中球花石斛FRUITFULL-like具有较高的同源性(84％),系统进化分析表明该蛋白的氨基酸序列与APl/FUL转录因子亚家族中的蛋白聚为一类.生物信息学分析推测表明,该基因编码的蛋白具有MADS保守域和相对保守的K区,二级结构中α-螺旋所占比例较高(58.97％),三级结构与月季、水稻和水仙非常相似.相对荧光定量PCR分析结果表明:CfAPll在根中表达痕量,生殖期比营养期叶片中表达量低、盛花期比花蕾期花葶中表达量高,由此推测,CfAP11可能与蕙兰的成花诱导、花发育有关;并发现CfAP11在盛花期花葶和子房中表达量远高于其他组织,表明其可能以某种机制参与果实的形成过程.     

转座子插入宿主基因在稻属中的分布式样及其适应意义的初探

转座子在各类真核生物基因组中都占有很高的比例,它们对宿主基因组特别是关联的基因在结构、功能和进化上都起着重要的作用。基于生物信息学分析,本研究选择了水稻基因组中2个被转座子插入的宿主基因,通过PCR扩增和琼脂糖凝胶电泳分析,获得了转座子在稻属16个代表物种94份材料中的插入式样。结果表明,这2个转座子在稻属中的分布式样与插入时间不同,基因三DG-＆02926349中的转座子在AA-基因组的物种中全部存在,基因LOC-Os02945130中的转座子则插入稻属AA-基因组的部分物种中,与AA-基因组的物种的系统发育关系相吻合。转座子在宿主基因组中不同的分布与保留式样以及插入后已经固定在不同地理来源的群体中,暗示了它们在物种进化过程中对宿主基因可能存在适应性意义。     

银杏MADS-box基因家族的表达及系统发育分析

MADS-box基因是真核生物中一类编码转录调控因子的基因家族,在植物花器官发育中发挥重要的调控作用。为了探究MADS-box家族基因在银杏花发育中的功能,本文对银杏花芽分化4个时期的样品进行转录组测序,筛选其中的MADS-box家族基因,利用生物信息学方法对筛选到的基因进行表达模式、蛋白结构、细胞定位和系统进化分析。结果显示:共得到15个银杏MADS-box家族基因。表达分析表明,目标基因根据表达模式可以分为3种类型。分析目标基因的编码序列显示,15个银杏MADS-box蛋白的主要构件均为α-螺旋和无规则卷曲;亚细胞定位预测主要在细胞核内;所有表达产物均包含MADS结构域。聚类分析显示,银杏MADSbox基因家族可分为6个亚类。银杏MADS-box基因家族中的new Gb2734、Gb38883、Gb28587和Gb33168可能在银杏开花调控中发挥重要作用;Gb16301可能是银杏花器官的发育过程中的关键基因。     

植物同源盒基因的克隆与功能研究

同源盒基因在植物、动物、菌物的广泛存在说明这种结构在真核生物进化的早期就已出现,并暗示其具有重要功能。本文对植物同源盒基因的克隆与功能研究进行了综述,包括同源盒基因编码蛋白的结构特点、类型,并以玉米Knl、水稻OSH1及拟南芥STM为例,介绍了同源盒基因功能研究的现状。现有证据表明,同源盒基因与植物的发育过程有关。     

桃PpMADS1基因启动子的克隆及功能分析

PpMADS1基因属于一类MADS box 基因,在植物的花发育调控中起着重要的作用。通过Genome Walking的方法从桃基因组中分离了长度为1 814bp的PpMADS1基因启动子片段,序列分析表明,在此启动子上不仅含有TATA box 和CAAT box基本元件,而且含有大量的与光调节有关的调控元件,如GT-1,Sp1和as-2-box,另外存在两个CArG-box元件、一个G-box元件和一个TGA-element,说明该启动子可能受光周期和激素的调控。将该启动子通过5′端缺失,分区段与GUS报告基因连接构建表达载体,并转化拟南芥。GUS组织化学染色分析结果表明,在-197到-454bp有促使GUS在花原基中表达的花原基特异性元件,在-454到-678bp之间存在促使GUS在萼片和花瓣表达的特异性元件,在-678到-978bp存在负调控作用元件,阻遏了GUS基因在花药中的表达。