MADS-box基因在单子叶植物花发育中的功能研究

论文题目: MADS-box基因在单子叶植物花发育中的功能研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 植物学

作者: 赵素珍

导师: 种康,孟征

关键词: 水稻,基因,原位杂交,技术,转录调控元件

文献来源: 中国科学院研究生院（植物研究所）

发表年度: 2005

论文摘要: MADS-box基因是一个大的转录因子家族,在花发育过程中起重要作用。根据对双子叶模式植物拟南芥、金鱼草和矮牵牛遗传突变体的研究,提出了花发育的ABCDE模型。该模型认为:A、B、C、D、E代表了5类功能不同的花器官特征基因,单独或联合控制花器官的发育。在这5类基因中,E类基因的功能较为复杂,它不仅是花器官特征基因,而且具有花分生组织决定性(Floral meristem determinency)。在单子叶植物中,E类基因的功能发生了很大的分化。水稻是单子叶植物的模式植物,水稻中至少有5个E类基因,分别是OsMADS1、OsMADS5、OsMADS7、OsMADS8和OsMADS34 ,其中除了对OsMADS1基因有较深入的研究外,对其它几个E类基因的功能了解甚少。我们以OsMADS8基因为切入点,利用组织原位杂交,RNAi技术对水稻中的E类基因进行了深入的研究。结果表明:OsMADS8/7基因早在花序枝梗分生组织原基就有转录,随着小穗的生长发育,逐渐集中在小穗分生组织原基,小花分生组织原基,浆片、雄蕊和心皮中表达; 在胚珠形成时,内外珠被有很强的杂交信号,而且在幼胚和胚乳中也有表达。OsMADS5在幼花时期,四轮花器官均有表达,在小穗发育后期及受精后的表达方式与OsMADS8/7基因相同。OsMADS8基因被抑制后,转基因植株没有任何表型变化,说明很可能有其它E类基因弥补了OsMADS8基因的功能缺失; 当同时抑制其它E类基因的表达时,转基因植株抽穗期明显延长,四轮花器官的发育均受到影响:稃片类似叶片状; 浆片转变为稃片类的结构; 雄蕊没有花粉; 心皮具有了稃片的特点; 没有胚珠结构的形成,同时失去了花分生组织决定性,在心皮的部位产生了新的花器官或花分生组织逆转为花序分生组织。说明水稻四轮花器官及胚珠的正常发育需要E类基因的参与,但其功能与双子叶植物如拟南芥,矮牵牛等直系同源基因相比已经发生变化; 水稻中的E类基因在维持花分生组织特征性方面起重要作用; 另外对抽穗期有影响。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。ZAG2是玉米MADS-box基因中的D类基因,控制胚珠的发育,在胚珠和心皮的内表面特异表达。我们从玉米基因组分离到了ZAG2基因翻译起始点上游3040bp的序列,并利用5’-RACE方法鉴定出了转录起始点的位置。通过不同

论文目录:

摘要

Abstract

缩略词表

第一部分 水稻E类MADS-box 基因在花发育中的作用

1. 文献综述和立题意义

1.1 MADS-box 基因研究进展

1.1.1 MADS-box 基因的类型及其结构特点

1.1.2 花发育的ABCDE 模型

1.1.2.1 经典的ABC 模型

1.1.2.2 D 功能基因的发现

1.1.2.3 ABCDE 模型

1.1.3 E 类功能基因的研究进展

1.2 水稻花发育中MADS-box 基因的克隆及功能分析

1.2.1 水稻花的结构特点

1.2.2 水稻花发育中MADS-box 基因的克隆及功能分析

1.3.R NAi 技术能够有效地敲除目的基因

1.3.1 RNA 沉默现象的发现

1.3.2 RNA 沉默机理

1.3.3 RNAi 技术是研究基因功能的有效手段

1.3.4 RNAi 技术和反义技术的区别

1.4 本研究的目的、意义及技术路线

2 材料与方法

2.1 实验材料和试剂

2.1.1 植物材料

2.1.2 菌种

2.1.3 载体

2.1.4 主要试剂

2.2 实验方法

2.2.1 水稻幼穗总RNA 的提取

2.2.2 mRNA 的分离

2.2.3 cDNA 文库的构建

2.2.4 大肠杆菌感受态细胞的制备及质粒转化

2.2.5 RT-PCR

2.2.6 原位杂交

2.2.7 农杆菌感受态细胞的制备及质粒转化

2.2.8 水稻愈伤组织的诱导与遗传转化

2.2.9 水稻分化苗的GUS 染色鉴定

2.2.10 水稻基因组DNA 的提取(CTAB 法)

2.2.11 转基因植株的Southern 鉴定

2.2.12 Northern 杂交

2.2.13 石蜡切片

2.2.14 扫描电镜观察

3 结果与分析

3.1 水稻幼穗cDNA 文库的构建

3.2 克隆筛选cDNA 文库的探针模板

3.2.1 从水稻基因组扩增MADS-box 保守区序列

3.2.2 RT-PCR 克隆OsMAD58 基因

3.3 从水稻cDNA 文库筛选MADS-box 基因

3.4 水稻E 类MADS-box 基因的原位表达分析

3.5 RNAi 载体构建及基因转化

3.6 E 类基因沉默导致抽穗期延长或不抽穗

3.7 突变表型分析

3.7.1 解剖镜观察突变小穗

3.7.2 扫描电镜观察突变心皮

3.7.3 石蜡切片观察突变心皮的内部结构

3.8 水稻转基因植株的 Southern 分析

3.9 RT-PCR 和Northern 杂交检测E 类基因在转基因植株中的表达

4 讨论

4.1 水稻中E 类基因的功能既有分化又存在着冗余

4.2 水稻四轮花器官的正常发育需要E 类基因的参与

4.3 水稻中的E 类基因控制胚珠的发育

4.4 水稻中的E 类基因具有小花分生组织决定性

4.5 水稻E 类基因影响抽穗期

5 结论

第二部分 玉米MADS-box 基因ZAG2 转录调控区的研究

1 前言

1.1 真核生物主要的转录调控元件

1.2 研究转录调控的一般方法

1.3 花器官特征基因的调控研究

1.4 玉米ZAG2 基因的表达方式

1.5 本研究的目的和意义

2 材料和方法

3 结果与分析

3.1 玉米ZAG2 基因翻译起始点上游序列的结构特点

3.2 ZAG2 调控元件与报告基因GUS 的融合构建

3.3 转基因植株的GUS 染色

3.3.1 PCR 鉴定阳性植株

3.3.2 GUS 在转基因植株中的着色方式

4 讨论

4.1 翻译起始点上游的序列不足以使ZAG2 基因正常表达

4.2 两个构建着色方式不同的可能原因

5 结论

参考文献

致谢

发布时间: 2006-04-30

参考文献

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• [3].四个番茄MIKC~C型MADS-box基因的功能研究[D]. 殷文成.重庆大学2017
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• [5].番茄MADS-box转录因子SlFYFL调控衰老和果实成熟的分子机理研究[D]. 解巧利.重庆大学2014
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