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。

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。

Col生态型拟南芥AP3基因启动子克隆及植物表达载体构建

隶属于MADS-Box基因家族的拟南芥花器官B类特征基因APETALA3（AP3）在花瓣和雄蕊中特异性地表达;AP3基因编码转录因子,与A类和C类特征基因协同作用控制双子叶植物花瓣和雄蕊的发育。研究表明AP3基因启动子为花特异表达启动子。因此,AP3基因启动子的克隆及功能鉴定对于园林植物与花相关的商业性状的定向改良具有重要作用。本文根据GenBank数据库报道的Ler生态型拟南芥（Arabidopsis thaliana）AP3基因启动子序列（U30729）设计了一对特异性扩增引物,基于PCR技术,用高保真的KOD-plusDNA聚合酶扩增了长度为1767bp的Col生态型拟南芥AP3基因启动子,并命名为pAtAP3,其Gen-Bank登录号为FJ619533。Bl2seq在线分析表明pAtAP3与U30729序列的相似性达98%,与Col生态型拟南芥BAC克隆T12E18（AL132971）9264~11030之间的碱基序列相似性达100%,且该段序列的下游基因编码AP3蛋白（CAB81799）,说明克隆序列为Col生态型拟南芥AP3基因的启动子。PLACE在线分析表明pAtAP3具有基本的启动子元件TATA-box和CAAT-box,还包含大量与花特异表达相关的顺式元件CArG1、CArG2、CArG3和anther-box等。本试验进一步构建了植物表达载体pAtAP3：：GUS,为该启动子的功能鉴定奠定了基础。

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。

拟南芥AP3基因植物表达载体的构建及在烟草中的遗传转化

拟南芥花器官B类特征基因属于MADS-box基因家族,其中APETALA3(AP3)基因在花瓣和雄蕊中特异性地表达。为探讨AP3基因在花瓣和雄蕊发育中的功能,本研究从拟南芥(Arabidopsis thaliana)花序中克隆At AP3基因构建植物表达载体,并转化烟草(Nicotiana tobacum)。通过PCR及q RT-PCR分析,表明At AP3基因成功转入烟草基因组并表达转录。表型观测显示转基因烟草雄蕊与野生型相比明显变短,说明AP3基因特异性地参与雄蕊的发育并起着至关重要的作用。