巴东木莲AGL6同源基因参与调控花发育的分子机制

发布时间：2018-11-26 17:19

【摘要】：巴东木莲(Manglietia patungensis Hu)是木兰科(Magnoliaceae)木莲属(Manglietia)常绿乔木,我国Ⅱ级保护频危植物,其树姿优美,花大芬芳,观赏价值高,园林用途广,也是分布最北缘的木莲属植物,对研究木兰科植物的分类演化有重要的意义。被子植物花发育过程中,AGL6(AGAMOUS-like6,AGL6)同源基因主要参与成花转变、控制花被片发育和调控腋芽发生等功能。系统研究AGL6同源基因参与调控巴东木莲花发育的作用与功能,不仅有助于解析巴东木莲花被片发育与形态分化调控的分子基础,同时为理解木兰科植物种属间花型演变与发育演化积累资料,并为观赏花木花型改良与种质创新提供新的基因资源。主要的结果如下:(1)巴东木莲AGL6同源基因的克隆与结构分析同源克隆的方法从巴东木莲花芽中分离出3个与花发育调控相关的MADS-box基因,序列同源比对与分子发生分析显示:3者属于AGL6同源基因,命名为MapaAGL6A_1、MapaAGL6A_2和MapaAGL6B,GenBank登录号分别为KX926430、KX626431和KX626432。进一步分析发现,AGL6型基因在巴东木莲中发生了1次小尺度的基因重复,产生了MapaAGL6A和MapaAGL6B两种类型,2者均编码1个长度为242个氨基酸的MIKCc型MADS-box转录因子,但相似性仅为81.40%,其K区和C末端转录激活区序列差异较大。同时,MapaAGL6A基因的pre-mRNA在加工过程中发生可变剪接(alternative splicing,AS)产生2个剪接异构体,MapaAGL6A_1和MapaAGL6A_2。MapaAGL6A_2基因是相对MapaAGL6A_1基因在加工过程中通过1段57 bp的外显子遗漏和1段51 bp的内含子滞留产生,编码1个240个氨基酸的MADS-box转录因子;其中,57 bp的外显子遗漏导致MADS-box结构域和I区分别缺失18个和1个氨基酸残基;而51 bp的内含子滞留导致C转录激活区增加17个氨基酸残基,致使C端结构域的AGL motif I尾端酪氨酸(Y)位点变成半胱氨酸(C)。(2)巴东木莲MapaAGL6A_1、MapaAGL6A_2和MapaAGL6B基因表达模式分析比较MapaAGL6A_1、MapaAGL6A_2和MapaAGL6B基因在巴东木莲不同花器官和花芽不同发育时期的表达模式发现:MapaAGL6A_1、MapaAGL6A_2和MapaAGL6B主要在巴东木莲花被片中表达,在幼叶中不表达,其在各轮被片间的表达量存在明显差异。3个基因在不同瓣数巴东木莲花器官中的表达模式也呈现一定的差别:在9瓣型植株花芽分化早期,3个基因主要集中在外轮萼片状的被片中表达,但在花芽发育后期至开花前,其表达主要集中在内2轮花瓣状的被片中,且3者在各轮花器官中表达的变化趋势一致;在12瓣型植株花发育早期,MapaAGL6A_1基因在内轮花瓣状被片中的表达量显著高于其在外2轮花被片中的表达量,而在花芽分化晚期的,其在3轮花被片中的表达量无明显差异;在花芽分化晚期,MapaAGL6B基因在花萼状被片中的表达量显著高于其在内两轮花被片中的表达量,而在花芽分化早期,其在3轮花被片中的表达量无明显差异。在2种瓣型巴东木莲花芽发育过程中,MapaAGL6A_1与MapaAGL6A_2基因的表达区域一致,但MapaAGL6A_1的表达量极显著高于MapaAGL6A_2。(3)巴东木莲MapaAGL6A-1、MapaAGL6A-2和MapaAGL6B基因功能分析分别观察MapaAGL6A_1、MapaAGL6A_2和MapaAGL6B基因在拟南芥花被(花萼和花瓣)缺失突变体ap1-10(CS6230;Landsberg型)中异源表达后对花器官恢复表型发现:在35S::MapaAGL6A_1的T0代和T1代转基因拟南芥ap1-10突变体中,萼片和花瓣呈现不同程度的恢复,同时未见苞片及苞片顶端柱头状结构的产生,表明MapaAGL6A_1参与调控花被片(花萼和花瓣)发育的同时,能抑制拟南芥中C类基因在外两轮花器官中的表达,具备A功能活性;而35S::MapaAGL6A_2转基因T0代拟南芥仅部分植株花丝顶端着生萼片状结构,该性状也能遗传到T1代植株,且极少数的后代中出现花瓣状的结构,但苞片顶端柱头状结构未消失,说明MapaAGL6A_2具备参与调控萼片化被片发育的功能,但不具备抑制C类基因在外两轮花器官中的表达;而35S::MapaAGL6B转基因拟南芥T0代和T1代植株中均出现花丝顶端着生花瓣状结构,呈现一定程度的器官同源转化现象,说明其相对MapaAGL6A的两个异构体,功能出现明显分化。
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【学位授予单位】：长江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S685.99

【参考文献】