太行花TrMADS3基因的結(jié)構(gòu)、功能和進(jìn)化研究.pdf

1、休眠是溫帶多年生植物的特性之一。為了適應(yīng)溫帶地區(qū)寒冷的冬季，多年生植物的分生組織通常在秋末冬初進(jìn)入休眠狀態(tài)，這樣有利于它們在低溫下的存活。因此，溫帶多年生植物的生長和開花具有季節(jié)性。植物的生長發(fā)育需要與季節(jié)的交替變化同步，才能適應(yīng)環(huán)境，保證繁殖成功。多年生植物通過“生長-休眠-生長”的循環(huán)過程適應(yīng)溫帶地區(qū)寒冷的冬季。休眠既有利于植物存活又可調(diào)節(jié)開花時間。因此，探索溫帶多年生植物休眠過程的分子調(diào)控機(jī)理具有重要的應(yīng)用價值。
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2、行花(Taihangia rupestris)是薔薇科仙女木族的一種多年生草本。它生長在海拔1000到1200米的溫帶山區(qū)。太行花需要兩個生長季節(jié)才能開花，這一點與模式植物擬南芥、水稻不同。在第一個生長季節(jié)花芽誘導(dǎo)，花序發(fā)育到秋末冬初時進(jìn)入休眠狀態(tài)；過冬花序包裹在葉柄基部，接近土壤表面；到了第二個生長季節(jié)，花進(jìn)一步發(fā)育完全，開花結(jié)果。休眠過程對太行花花序的存活以及來年的開花時間控制非常關(guān)鍵，對這個過程的調(diào)控基因的研究不僅有助于理解太行花

3、休眠的分子機(jī)制，還將為其它經(jīng)濟(jì)植物在這個方面的研究提供資料。
　　 本研究以太行花為研究材料，從它的過冬花序中分離得到了一個MADS-box基因，分析了它的序列結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系、表達(dá)式樣和功能，探討了FLC亞家族基因在太行花這種多年生植物和一年生、兩年生植物之間發(fā)生的表達(dá)功能分化。主要研究結(jié)果包括：
　　 1.從太行花的過冬花序中分離出了TrMADS3基因。氨基酸序列分析結(jié)果表明它是MIKCc型MADS-box基因，系

4、統(tǒng)發(fā)育分析結(jié)果表明TrMADS3與FLC類基因聚在一起。
　　 2.實時定量PCR和RT-PCR實驗顯示TrMADS3在冬季休眠期太行花的花序、根、葉中廣泛表達(dá)。從十月底到一月底的冬季低溫期戶外太行花植株中TrMADS3表達(dá)量比同期溫室植株的表達(dá)量高，也比夏季戶外植株的表達(dá)量高。對溫室植株進(jìn)行低溫處理能明顯上調(diào)TrMADS3的表達(dá)量，而短光照、干旱、高鹽和脫落酸(ABA)處理對TrMADS3的表達(dá)影響不明顯。
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5、用原位雜交的方法分析了TrMADS3的表達(dá)式樣。營養(yǎng)器官中，TrMADS3在營養(yǎng)頂端分生組織、葉原基、幼葉邊緣細(xì)胞中表達(dá)量高；生殖器官中，TrMADS3在側(cè)生分生組織、花序原基、花原基、幼苞片、萼片原基、花瓣原基、雄蕊原基、心皮原基、發(fā)育中的雄蕊、心皮中表達(dá)量高。TrMADS3的表達(dá)模式反映了TrMADS3調(diào)控營養(yǎng)生長和不同階段的花序、花發(fā)育過程。
　　 4.TrMADS3在擬南芥中異位表達(dá)不影響擬南芥開花時間。在高鹽和干旱脅迫

6、條件下，TrMADS3異位表達(dá)能夠明顯提高轉(zhuǎn)基因擬南芥后熟種子的萌發(fā)率。
　　 5.建立了太行花的組培體系。
　　 綜上所述，TrMADS3屬于FLC進(jìn)化支，這一亞家族基因還未在多年生植物中報道。TrMADS3在太行花休眠期表達(dá)量很高。在實驗控制條件下，一至兩周低溫能夠明顯促進(jìn)TrMADS3表達(dá)量的上調(diào)。低溫處理后回到生長溫度的太行花在一月內(nèi)依然保持較高的TrMADS3的表達(dá)。原位雜交實驗顯示TrMADS3在營養(yǎng)和生殖分

7、生組織中表達(dá)量高。TrMADS3在擬南芥中異位表達(dá)促進(jìn)后熟種子在高鹽和干旱脅迫下萌發(fā)。因此，我們推測TrMADS3具有響應(yīng)低溫調(diào)節(jié)太行花休眠期營養(yǎng)和生殖分生組織活性的功能。在一、二年生植物中分離的FLC-like基因響應(yīng)春化作用，具有抑制花芽誘導(dǎo)的保守功能，這些基因在營養(yǎng)器官中表達(dá)，受春化作用調(diào)節(jié)，對應(yīng)一、二年生植物的成花誘導(dǎo)受春化作用促進(jìn)的過程，但TrMADS3在太行花營養(yǎng)和生殖器官中均表達(dá)，對應(yīng)太行花花芽誘導(dǎo)后營養(yǎng)和生殖器官均進(jìn)入休