白夹竹开花基因的克隆与表达

摘要

竹子开花机理至今仍是一个谜，其主要原因在于竹子的特殊性，其开花现象复杂，生长周期长（60～120年）。关于竹子开花原因，各专家学者众说不一。但均停留在假说阶段，且都缺乏充分有力的证据，难以作出明确的解释。关于竹子开花原因的研究，目前主要还是从开花历史资料的分析、开花现象的观察和开花竹林的调查着手。白夹竹（Phyllostachys bissetii）是大熊猫的主食竹，白夹竹的周期性开花一直以来也是大熊猫保护生物学的焦点，同时也是大熊猫主食竹生理生物学特性研究的核心议题。 从分子水平上开展竹子开花机理的研究是近年来竹子开花机理研究的新热点。田波等从试管苗诱导开花的麻竹(Dendrocalamus latiflorus)中克隆了MADS-box基因家族AGL6亚家族的一个开花基因，推测该基因可能参与麻竹开花时间调控。这是竹子开花基因功能研究的首次报导，对于开展竹子开花的分子生物学机理研究有重要的指导意义。 植物中的MADS-box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，MADS-box基因在植物（特别是在被子植物）的进化过程中发生了大量的基因重复事件而形成一个多基因家族。MADS-box基因家族的不同成员在植物生长发育过程中起着非常重要的作用，在调控开花时间、决定花分生组织和花器官特征，以及调控根、叶、胚珠及果实的发育中起着广泛的作用。研究MADS-box基因的调控序列可以进一步揭示影响基因时空表达的内外因素，开展对MADS-box基因家族成员的序列结构、表达模式及编码蛋白的功能研究可以为这些同源基因在生物体中的可能命运提供很好的实验依据。 本研究拟以刚竹属中的白夹竹（Phyllostachys bissetii）为实验材料，从分子水平上克隆白夹竹的开花基因，研究开花与不开花白夹竹的基因表达差异，克隆出竹子开花基因的特征片段，阐述竹子开花机理，为竹子开花提供预警作用。 通过3′RACE和5′RACE方法从白夹竹嫩叶克隆到一个含完整编码区及3′端非翻译区的cDNA，命名为PbAP1MADS1，全长1157bp；编码区编码343个氨基酸,具有典型的植物MADS-box基因结构，由MADS区、I区、K区和C末端组成。序列相似性分析结果表明，PbAP1MADS1属于AP1亚家族，其核酸序列与麻竹（Dendrocalamus latiflorus）MADS-box protein(Mads1) mRNA的同源性最高：92％，其次与大麦属(Hordeum vulgare)的MADS-box中EU331771等的同源性为88％，与稻类Oryza sativa(japonica cultivar-group)(Os03g0752800)同源性为85％，其氨基酸序列与麻竹的MADS-box基因同源性最高。