大豆B类花器官特征基因的生物信息学分析

大豆花器官较小且闭花授粉,导致人工杂交效率低,品种遗传基础狭窄。MADS-box基因家族成员APETALA3(AP3)和PISTILLATA(PI)作为花发育ABCDE模型中的B类基因,共同控制花瓣与雄蕊的形成,在花器官形态建成中发挥重要作用。为明确大豆中B类基因的进化模式,并探究其在不同大豆品种中的遗传变异,本研究通过生物信息学手段对大豆B类基因进行了基因结构、系统进化、保守基序、共线性、单倍型分析及物理性质预测等研究。结果显示:大豆基因组中11个B类基因,分别属于3个亚组,其中GmAP304(Glyma.04G027200)、GmAP306(Glyma.06G027200)、GmAP303(Glyma.03G111500)、GmAP316(Glyma.16G105600)和GmAP312(Glyma.12G118100)属于paleoAP3亚组,GmTM601(Glyma.01G169600)和GmTM611(Glyma.11G073700)属于TM6亚组,GmPI13(Glyma.13G034100)、GmPI14(Glyma.14G155100)、GmPI04(Glyma.04G245500)和GmPI06(Glyma.06G117600)属于PI亚组,且各亚组B类基因结构相对保守;大豆B类基因编码的蛋白中共有10个motif,其中motif 1、motif 4和motif 5与MADS结构域重叠。表达量数据分析显示,GmAP304、GmAP306、GmPI04、GmPI06、GmPI13、GmPI14、GmTM601和GmTM611在大豆花中有较高表达。结合单倍型分析发现,GmAP304、GmAP312、GmPI06、GmPI13和GmPI14在栽培大豆中只包含1种单倍型,比其它大豆B类基因更加保守,可能在控制花器官形成中行使更为重要的功能。本研究结果有助于完善大豆花器官发育模型,进一步阐明B类基因的功能,为大豆花器官的改造提供分子靶点,对提高大豆育种效率、拓宽品种遗传基础具有重要意义。

APETALA3/DEFICIENS和PISTILLATA/GLOBOSA基因与植物花发育

APETALA3(AP3)/DEFICIENS(DEF)和PISTILLATA(PI)/GLOBOSA(GLO)为植物花器官发育B类基因,控制双子叶植物花瓣和雄蕊的发育,它们属于MADS-box基因家族,编码转录因子,这些基因的突变能导致花瓣转变为萼片,雄蕊转变为心皮。近年来已经在多种植物中克隆到了AP3/DEF和PI/GLO基因,AP3/DEF和PI/GLO基因在拟南芥中只在花器官中表达,而在玉米等植物维管束、叶片等组织中也有表达。现对有关AP3/DEF和PI/GLO基因表达及其在植物系统发育学研究方面的进展进行综述。

油菜APETALA3基因5′调控序列的克隆及分析

利用单引物PCR方法获得了甘蓝型油菜APETALA3重复基因拷贝BnAP3-3和BnAP3-4的5′调控序列。分析结果表明,两段调控区序列一致性为80.43%,大多数的保守功能元件如TATA盒和CAAT盒没有明显差异,都含有一些应对环境胁迫及诱导的元件,如MYB1AT、GATABOX和DOFCOREZM等。少数顺式作用元件存在较大差异,其中CGACGOSAMY3、CArG box、CARGCW8GAT及CAREOSREP1为BnAP3-3的5′调控序列所特有,而BnAP3-4的5′调控序列则含有GT1CONSENSUS。半定量RT-PCR显示,BnAP3-3表达量远高于BnAP3-4,可能与二者调控区某些功能元件序列差异有关。

毛白杨AP3同源基因(PtAP3)的克隆及其在烟草中的正反义转化初报

根据毛果杨AP3同源基因(PTD)设计一对PCR引物,以毛白杨基因组DNA为模板,通过PCR技术分离克隆了毛白杨AP3同源基因PtAP3.分析表明该基因全长1 813 bp(包括引入的酶切位点),包括7个外显子和6个内含子,编码238个氨基酸.在GenBank中进行blast检索,发现其氨基酸序列与大丁草、矮牵牛、百合、玫瑰、苹果、毛果杨AP3同源基因的氨基酸序列具有52%～82%的同源性.PtAP3蛋白具有非常保守的MADS-box序列,推测其为转录因子.Southern杂交分析发现,该基因在毛白杨雄株中为双拷贝,而在雌株中则为单拷贝.为进行功能分析,构建了正反义表达载体,通过农杆菌介导转化获得了一些转基因烟草植株.

日本晚樱同源异型基因PrseAP3的克隆及其在单瓣与重瓣花中的表达分析

用同源克隆的方法和3′RACE技术,从日本晚樱(Prunus lannesiana)中分离得到了1个AP3同源基因PrseAP3的cDNA全长,GenBank登录号为JF710371。其cDNA全长977bp,包括1个编码235个氨基酸共708bp的开放阅读框。序列比对和分子系统发生分析表明,PrseAP3是拟南芥的AP3同源基因,其蛋白质的C末端具有2个保守基元:PI-derived模体和paleoAP3模体,属B类转录因子中paleoAP3进化系。半定量RT-PCR分析表明,PrseAP3主要在单瓣日本晚樱品种大岛的萼片、花瓣和雄蕊中表达;在重瓣品种一叶的花瓣、雄蕊和叶化心皮中表达。其表达组织特异性在2个品种间表现出明显的差异,并与拟南芥的AP3基因有一定的差别。