红花玉兰MAwuAG基因功能鉴定及其近缘种同源序列进化分析

摘要

红花玉兰(Magnolia wufengensis)是木兰科(Magnoliaceae)木兰属(Magnolia)近年发现的新种,其花被片9瓣到32瓣不等,花色浓淡不同,丰富的自然变异类型和在系统演化上所处的重要位置,使其成为研究花器官形态建成和发育演变的理想材料。AGAMOUS(AG)是拟南芥重要的C类MADS-box基因,在花发育过程中具有促进花分生组织形成,参与调控雌雄蕊发育,抑制A类基因活性等生理功能。大量研究表明,AGAMOUS同源基因在调控模式植物、主要农作物和重要经济花卉花发育过程中的功能相当保守性。
　　本研究结合发育生物学和分子生物学等多学科手段,在弄清红花玉兰AGAMOUS同源基因在花发育过程中的表达模式和生理功能基础上,进一步对其近缘种同源序列进行系统发生分析和进化树重建,从分子水平探讨红花玉兰的演化地位及其近缘种的发育演化关系。主要结论如下:
　　(1)红花玉兰AGAMOUS同源基因的克隆和表达分析
　　同源克隆的方法结合RACE技术,从红花玉兰中分离出了参与花发育的C类MADS-box基因MAwuAG。蛋白序列比对及分子系统发生分析表明,MAwuAG为拟南芥的AG同源蛋白,其C末端的转录激活区含有两个保守的基元:AGⅠ和AGⅡ基元。半定量RT-PCR和Northern杂交分析表明,在花发育过程中,红花玉兰MAwuAG基因仅在雄蕊和雌蕊中表达,而在叶片和花被片未检测到转录信号,其表达组织特异性与拟南芥相同。
　　(2)红花玉兰AGAMOUS同源基因的功能鉴定
　　构建由CaMV35S启动子控制的MAwuAG基因的正义表达载体,并通过农杆菌介导的方法导入拟南芥,筛选并鉴定阳性转化植株,并对拟南芥转基因植株进行表型分析。结果表明,与野生型拟南芥相比,35S:MAwuAG的拟南芥转基因植株明显早花;叶片内卷且表皮毛伸长;萼片和花瓣变小,花瓣基部同源异型转变成花丝状结构;雄蕊和心皮变大。另外,角果发育过程中,外三轮的花器官缩存,角果畸形且结实率低。
　　(3)红花玉兰近缘种MAwuAG同源基因的进化分析
　　选取木兰科4个属共39种植物,分别克隆其AGAMOUS同源基因,对这些序列进行系统发生和进化树重建。结果表明:鹅掌楸亚科和木兰亚科的分类地位在树上得到了很好的支持;进一步对木兰亚科38种植物的演化关系进行分析发现,木兰亚科中木莲属与深山含笑聚为一个进化分支,成为一个单系类群,并与凹叶厚朴亲缘关系较近;木兰属并不是一个单系类群,其中木兰亚属的常绿组聚为一个进化分支,玉兰亚属则与含笑属聚为一个进化分支,红花玉兰属玉兰亚属植物。
　　以上几部分实验结果分析表明,MAwuAG是拟南芥的AGAMOUS同源基因,其仅在雄蕊和雌蕊中表达,功能十分保守;MAwuAG基因与其近缘种AGAMOUS同源序列的分子系统发生分析表明,红花玉兰属玉兰亚属植物。

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1 文献综述

1.1 植物花发育的分子机制研究进展

1.2 木兰科植物花发育与系统演化研究现状

1.3 本研究的目的、意义和技术路线

2 红花玉兰 AGAMOUS 同源基因克隆、序列结构及表达分析

2.1 试验材料

2.2 方法

2.3 结果与分析

2.4 讨论

3 红花玉兰 AGAMOUS 同源基因的功能鉴定

3.1 试验材料

3.2 实验方法

3.3 结果与分析

3.4 讨论

4 红花玉兰及其近源种 AGAMOUS 同源序列的进化分析

4.1 试验材料

4.2 方法

4.3 结果与分析

4.4 讨论

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

后记

附录