太行花MADS-box基因克隆、表达模式及功能分析

论文摘要

基因的重复（duplication）及其功能的多样性（diversification）为生物体新的形态进化提供了原材料。重复的基因通过表达方式和（或）编码序列的改变而导致其亚功能化（subfunctionalization）和（或）新功能化（neofunctionalization）,从而使这些重复基因有可能保留在生物体中,增添生物的遗传稳定性（robustness）和多样性。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。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。本研究以我国特有的蔷薇科物种太行花做实验材料,通过3’RACE和5’RACE方法从太行花中克隆了7个MADS-box家族的基因。序列和系统进化树分析表明这7个基因分别与拟南芥的MADS-box基因AG、SHP（SHP1/2）、PI、AP1、FUL和SEP1以及与矮牵牛MADS-box基因PhTM6具有很高的同源性并聚为一支,从而将这7个MADS-box基因分别命名为TrAG（Taihangia rupestris AG）、TrSHP（Taihangia rupestris SHP）、TrP（ITaihangia rupestris PI）、TrAP1（Taihangia rupestris AP1）、TrFUL（Taihangia rupestris FUL）、TrSEP1（Taihangia rupestris SEP1）和TrTM6（Taihangia rupestris PhTM6）。针对克隆的这些基因,具体进行了以下几方面的研究:第一,对TrAG和TrSHP两个MADS-box基因进行了研究,它们分别属于AG亚家族中旁系同源进化系euAG和PLE进化系的成员。通过原位杂交的方法分析了旁系同源基因TrAG和TrSHP的表达方式是否发生了分化;构建组成型表达载体转化野生型拟南芥,分析了TrAG和TrSHP的编码蛋白的功能是否发生了改变;并进一步通过酵母双杂交的方法比较了TrAG和TrSHP的相互作用方式是否发生了分化。原位杂交分析表明,TrAG和TrSHP主要在雄蕊、心皮和胚珠中表达。在花发育过程中,TrAG起始表达比TrSHP早,在随后将形成雄蕊和心皮

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 前言
• 1.1 基因重复及其生物学意义
• 1.2 MADS-box 基因研究
• 1.2.1 MADS-box 基因的类型及其结构特点
• 1.2.2 花发育的ABC、ABCD、ABCDE 和四聚体模型
• 1.2.3 MADS-box 基因的重复及其功能的多样性
• 1.3 太行花的系统位置和生殖生物学特点
• 1.4 本研究的目的及意义
• 第二章 材料与方法
• 2.1 实验材料
• 2.1.1 植物材料
• 2.1.2 菌株
• 2.1.3 载体
• 2.1.4 主要试剂
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 RNA 的提取与纯化
• 2.2.2 目的基因全长cDNA 的分离
• 2.2.3 原位杂交
• 2.2.4 正义表达载体构建及农杆菌介导的拟南芥转化
• 2.2.5 拟南芥总DNA 的提取（SDS 法）
• 2.2.6 Northern 杂交
• 2.2.7 扫描电镜观察
• 2.2.8 酵母双杂交
• 2.2.9 基因序列的分析
• 第三章 结果与分析
• 3.1 太行花MADS-box 基因的克隆及序列分析
• 3.1.1 太行花MADS-box 基因全长cDNA 序列的分离
• 3.1.2 太行花MADS-box 基因系统进化树分析
• 3.1.3 太行花MADS-box 基因的序列分析
• 3.2 太行花TrAG 和TrSHP MADS-box 基因的功能比较
• 3.2.1 TrAG 和TrSHP 原位杂交分析
• 3.2.2 TrAG 和TrSHP 转基因拟南芥表型观察
• 3.2.3 TrAG 和TrSHP 的酵母双杂交分析
• 3.3 太行花中其他MADS-box 基因的功能分析
• 3.3.1 TrPI 基因功能的初步研究
• 3.3.2 TrAP1 基因功能的初步研究
• 第四章 讨论
• 4.1 太行花AG 亚家族的两个旁系同源基因TrAG 和TrSHP 显示了C-功能和D-功能花同源异型MADS-box 基因的独立进化途径
• 4.2 太行花一个属于AP3/PI（DEF/GLO）亚家族中 PI 进化系的基因在转基因拟南芥中具有参与调控株型的功能
• 4.3 太行花一个属于AP1/FUL 亚家族中 euAP1 进化系的 TrAP1 MADS-box 基因具有保守的A 功能
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历