本文關鍵詞：毛竹MADS-box基因的鑒定及其在花器官發(fā)育中的功能　出處：《中國林業(yè)科學研究院》2016年博士論文　論文類型：學位論文

  更多相關文章： 毛竹 花器官 MADS-box ABCDE PheMADS15

【摘要】：竹子是世界范圍內(nèi)非常重要的非木質(zhì)森林資源,部分產(chǎn)品具有替代木材的作用。竹子是多年生一次開花的植物,而大多數(shù)竹子開花后死亡,導致竹林面積減少,對經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)環(huán)境造成重大損失和破壞。多年來,人們對竹子開花做了大量的研究,主要的研究工作僅限于竹子開花習性調(diào)查記錄,生理生化指標的測定,花器官的解剖研究,對竹子花器官發(fā)育分子機制的研究極少。MADS蛋白是植物非常重要的一類轉(zhuǎn)錄因子,在花器官發(fā)育過程中起著非常重要的作用。因此,開展毛竹花器官發(fā)育及MADS-box基因的研究,探討竹子成花機理,具有重要理論和現(xiàn)實意義。本研究以毛竹的花器官為材料,以未開花的葉片為對照,通過Hiseq2000高通量轉(zhuǎn)錄組測序技術進行深度測序,比較轉(zhuǎn)錄組水平MADS-box家族基因表達豐度的差異,分析毛竹花器官發(fā)育中關鍵的MAD-box基因;利用原位雜交實驗進一步驗證MADS-box基因在花器官中的功能,推測毛竹是否存在ABCDE模型;通過對關鍵的MADS-box基因在擬南芥中進行功能驗證,揭示關鍵基因在花器官發(fā)育中的作用,為竹類植物花器官發(fā)育的調(diào)控研究提供借鑒。主要研究結果如下:通過HMMER搜索、系統(tǒng)發(fā)育分析,同源比較、基因結構和基序分析等生物信息方法,對毛竹MADS-box基因家族進行了鑒定。結果表明,毛竹中有34個MADS-box基因,分為MIKCC、MIKC*、Mα、Mβ等四個亞家族;發(fā)現(xiàn)大部分的MADS-box基因的內(nèi)含子數(shù)在1-8之間,MADS-box蛋白的長度在62-376 aa之間;多數(shù)MADS-box成員屬于MIKCC和MIKC*類型;毛竹MADS-box家族基因大部分功能異化,經(jīng)歷了較快的出生率和死亡率。對MADS-box家族基因在花發(fā)育四個時期進行表達模式分析,發(fā)現(xiàn)ABCDE類基因表達差異最為顯著,其中A和B類基因在花芽形成期和花序軸生長期高度表達,在花序成熟的過程中表達量下降。相反,C、D和E類基因在花芽形成期表達量不高,主要在盛花期和幼胚形成期高量表達。以上結果表明,毛竹ABCDE基因在花器官中的發(fā)育起著重要的作用。通過Illumina高通量測序技術對毛竹花芽、穎片、稃片、雌蕊、雄蕊、幼胚和苞片及未開花的葉片進行轉(zhuǎn)錄組測序。與未開花毛竹的葉片相比,共鑒定出13,051基因至少在不同花器官中差異表達(FDR≤0.001,log2 Ratio≥1),其中,有7,831個上調(diào)基因和5,220個下調(diào)基因。不同花器官的差異表達基因的數(shù)量呈動態(tài)變化模式,花芽和雌蕊中差異表達基因最多,而穎片中差異表達基因數(shù)量最少。通過分析MADS-box家族基因在不同花器官中的差異表達,發(fā)現(xiàn)A類PheMADS15、PheMADS18-1、PheMADS18-2主要在花芽中表達,而A類PheMADS29和Phe MADS31在幼胚和苞片中有較高的表達量;B類PheMADS2、PheMADS4-1和PheMADS4-2在雄蕊和雌蕊發(fā)育中表達量最高;C類PheMADS21和D類PheMADS3主要在雄蕊、雌蕊和幼胚中高量表達;E類PheMADS1在花芽、稃片和穎片都有表達;以上結果說明,毛竹ABCDE類基因的表達模式與經(jīng)典花器官的ABCDE基因基本保持一致,但是具有特殊性。通過原位雜交實驗表明,毛竹中MADS-box家族中A類PheMADS15在生長錐頂端表達量比較高;B類PheMADS4-1主要在雄蕊中高量表達;C類PheMADS3和D類PheMADS21在穎片、外稃、Qg稃、雄蕊和發(fā)育中的幼胚表達都有表達,但是在漿片中表達極低;E類基因PheMADS1在花芽形成期到盛花期表達量較高,而PheMADS5在盛花期和幼胚期有較高的表達量;進一步推測,毛竹ABCDE類基因可能調(diào)控花器官的發(fā)育,適用于植物的ABCDE模型。MADS-box家族分析和原位雜交實驗表明,PheMADS15基因在花芽形成期起著非常重要的作用。亞細胞定位實驗進一步表明,PheMADS15定位于核內(nèi),是典型轉(zhuǎn)錄因子的特征,轉(zhuǎn)錄激活實驗表明PheMADS15具有轉(zhuǎn)錄激活活性。將PheMADS15在擬南芥中進行過表達,發(fā)現(xiàn)擬南芥有提前開花現(xiàn)象,與野生擬南芥相比,轉(zhuǎn)基因株系中SOC1和LFY表達量明顯上升,TFL1表達量下降,說明PheMADS15可能通過調(diào)控SOC1、LFY和TFL1的表達來調(diào)控開花。
【學位授予單位】：中國林業(yè)科學研究院
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：S795.7

【相似文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 張遠森;秦曉萌;嚴金平;張昆林;楊恩;;香蕉MADS-Box基因家族的生物信息學分析[J];植物生理學報;2013年10期

2 段遠霖,李維明,吳為人,劉華清;植物MADS-box基因的研究進展[J];福建農(nóng)業(yè)大學學報;2003年01期

3 胡麗芳,金志強,徐碧玉;MADS-box基因在果實發(fā)育、成熟過程中的作用[J];分子植物育種;2005年03期

4 賈紅武,羅達,叢斌,高之楨,邵堅寅,曹凱鳴,孫崇榮;一個新的水稻MADS-box基因的克隆及表達分析[J];植物學報;2000年05期

5 馬輝;張智俊;羅淑萍;;植物MADS-box基因研究進展[J];生物技術通報;2006年06期

6 張君誠;宋育紅;陳夜江;張新文;張杭穎;;MADS-box基因在植物胚珠發(fā)育中的作用[J];種子;2008年05期

7 陳翠翠;馬元武;馮永君;吳存祥;;MADS-box家族蛋白在植物開花、結實及根瘤形成中的多功能調(diào)節(jié)作用[J];華北農(nóng)學報;2008年S2期

8 吳東;喻樹迅;范術麗;宋美珍;王力娜;;棉花MADS-box蛋白基因(GhMADS-13)的克隆和表達分析[J];基因組學與應用生物學;2009年02期

9 李元元;王魯;蘇振剛;王元英;;MADS-box基因控制植物成花的分子機理[J];基因組學與應用生物學;2010年06期

10 陳銳,高之楨,詹樹萱,孫崇榮,曹凱鳴;2個水稻花發(fā)育相關MADS-box基因的全序列cDNA克隆及結構分析[J];復旦學報(自然科學版);2003年04期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 高之楨;陳銳;詹樹萱;孫崇榮;曹凱鳴;;水稻中一個與花發(fā)育相關的MADS-box基因的表達檢測[A];中國生物化學與分子生物學會第八屆會員代表大會暨全國學術會議論文摘要集[C];2001年

2 梁允寬;李全梓;張憲省;白書農(nóng);許智宏;;黃瓜中胚珠特異性MADS-box基因的克隆[A];全國植物分子生物學與生物技術學術研討會論文集[C];2000年

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前4條

1 程占超;毛竹MADS-box基因的鑒定及其在花器官發(fā)育中的功能[D];中國林業(yè)科學研究院;2016年

2 趙素珍;MADS-box基因在單子葉植物花發(fā)育中的功能研究[D];中國科學院研究生院（植物研究所）;2005年

3 郭濱;蝴蝶蘭花發(fā)育相關B類MADS-box基因的克隆與鑒定[D];復旦大學;2006年

4 孫迎坤;山茶花MADS-box家族A類和C類基因克隆及功能分析[D];中國林業(yè)科學研究院;2013年

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 鐘軍s，

本文編號：1316047