【摘要】：懸鈴木(Platanus)是懸鈴木科懸鈴木屬木本植物,在進化地位上屬于較為原始的基本真雙子葉植物類群,二球懸鈴木是一球懸鈴木(P.occidentalis)與三球懸鈴木(P.orientalis)的雜交種,具有優(yōu)美的外形和良好的生長形狀從而被廣泛作為行道樹和庭蔭樹應(yīng)用,在園林應(yīng)用中具有十分重要的地位,有‘世界行道樹之王’之美譽。然而懸鈴木每年春季的落花飛毛降低了其應(yīng)用價值,因此為了解決這一問題,培育無果無毛的懸鈴木具有很高的實際應(yīng)用價值。本項研究主要是從分子層面研究二球懸鈴木有關(guān)花發(fā)育的分子機理,從而調(diào)控其開花達到不育的目的。而AG(AGAMOUS)基因是花發(fā)育模型中影響雄蕊和心皮發(fā)育的關(guān)鍵基因,因此研究清楚懸鈴木中AG同源基因的表達模式以及功能分化對于了解懸鈴木開花調(diào)控機制以及培育不育懸鈴木而言具有重要意義。主要成果如下:1、克隆了兩個二球懸鈴木中的AG同源基因,分別命名為PaAG2和PaAG3,其CDS全長均為678bp,預(yù)測編碼225個氨基酸,通過氨基酸序列比對發(fā)現(xiàn),它們與之前已經(jīng)報道的PaAG1一樣都擁有MADS-box基因完整的M、I、K、C結(jié)構(gòu)域以及AG家族在C結(jié)構(gòu)域獨有的兩個基序AG I與AG II。2、PaAG1、PaAG2和PaAG3在二球懸鈴木中的表達模式有相似之處也有差異�？傮w而言其表達量的高峰均集中在果實的發(fā)育時期,雌花序中的表達量次之,雄花序的表達量最低。PaAG2在整個果實的發(fā)育過程中的表達量要高于另外兩個AG同源基因,且更特異的在果實中表達。PaAG1主要特異的在生殖器官中表達,在營養(yǎng)組織中不表達。而PaAG3在根、成熟葉也有適量表達。3、構(gòu)建了兩個超量表達載體35S:PaAG2和35S:PaAG3,轉(zhuǎn)化模式植物煙草和擬南芥進行功能驗證。在煙草中,35S:PaAG3能使得萼片明顯心皮化,在頂端形成伸長的柱頭狀結(jié)構(gòu),并且形成融合包裹住所有內(nèi)輪花器官使得花瓣、雄蕊和心皮全部死亡�；ò晗蛐廴镛D(zhuǎn)變,花筒轉(zhuǎn)變成獨立的花絲,花瓣頂端出現(xiàn)類似花藥狀的結(jié)構(gòu),表明二球懸鈴木PaAG3有調(diào)控第三輪以及第四輪花器官的作用。在擬南芥中,35S:PaAG2和35S:PaAG3都能影響植株營養(yǎng)生長和生殖生長且35S:PaAG3還有導(dǎo)致早花的功能。說明二球懸鈴木中的AG同源基因之間在控制花器官發(fā)育方面存在功能冗余。4、酵母雙雜交驗證PaAG2能與B類基因PlacPI2a以及E類基因PlacSEP1有強烈互作。并且PaAG3與B類基因PlacPI2a、PlacAP3以及E類基因PlacSEP1、PlacSEP3都有不同程度的互作,說明二球懸鈴木中PaAG2和PaAG3都具備行使著保守的C類基因的功能。
【圖文】：

二球懸鈴木 PaAG2 和 PaAG3 基因的克隆及功能研究發(fā)育（Pelaz et al 2001）；A+2B+SEP 決定花瓣的形成和發(fā)育；2B+C+SEP 決蕊的形成和發(fā)育（Immink et al 2003，F(xiàn)errario 2003）； 2C+2SEP 決定心皮的成育（Fan et al 1997）。 通過植物體內(nèi)外的各種實驗手段和研究結(jié)果均表明花發(fā)聚體模型對解釋花器官發(fā)育的分子機制有很大的幫助，這一模型也逐漸被大家認可（Thei en et al 2016）。

圖 1-2 MADS 結(jié)構(gòu)域蛋白組成及作用方式（Richard et al 2010 ）Fig.1-2 MADS domain protein composition and mode of action（Richard et al 2010 ）1.2.3.2 MADS-box 基因重復(fù)及其功能的多樣性MADS-box 基因家族是目前眾多基因家族中進化歷史研究的比較多且深入的一個多基因大家族，縱觀整個植物的進化歷史，MADS-box 基因在此過程中發(fā)生了大量的基因重復(fù)事件（Becker and Theissen 2003，Irish 2003）。在已經(jīng)報導(dǎo)的植物的基因組中發(fā)現(xiàn)了不同物種均存在數(shù)量不等的 MADS-box 重復(fù)基因，在擬南芥中大約有 107 個 MADS-box 基因，香石竹中大約有 39 個 MADS-box 基因，水稻中大約有 70 余個 MADS-box 基因（Litt and Irish 2003， Martinez-Castilla and Alvarez-Buylla2003，Parenicova et al 2003，Nam et al 2004，Causier et al 2005，Irish and Litt 2005，zhang et al 2018）。由于基因重復(fù)事件，MIKCC型基因產(chǎn)生了 12 個主要進化支，，即AG、AGL6、AGL2 (SEP)、AGL12、AGL15、AGL17、AP1 /SQUA、 AP3/PI-like 、GGM13 、TM3、 STMADS11 和 FLC (Becker and Theissen 2003)，包含多個亞家族，
【學(xué)位授予單位】：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：S792.37

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本文編號：2684917