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MADS-box基因在豌豆花发育中的功能研究

作　者: 宋伟杰
导　师: 王利琳
学　校: 杭州师范大学
专　业: 遗传学
关键词: 豌豆 VIGS MADS-box基因 ABC模型同源异型转变
分类号: Q943
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 28次
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内容摘要

MADS-box基因是一个大的转录因子家族,在花发育过程中起着重要作用。根据对模式植物拟南芥(Arabidopsis thaliana)和金鱼草(Antirrhinum majus)遗传突变体的研究,提出了花发育的ABCE模型。该模型认为：A、B、C、E代表了4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。由于豌豆花发育具有特殊性,在花原基起始过程中有四个共同原基(common primordial, CP)出现,再由共同原基产生花瓣和雄蕊,参与豌豆花发育的ABCE同源基因是否也有相应的特殊性是值得探讨的问题。目前,在植物发育生物学研究中,对豌豆等很多难转化植物基因功能的研究总是因为缺乏快速有效的方法而受到限制。在本研究中,我们利用一种反向遗传学快速研究基因功能的方法—病毒诱导的基因沉默技术(Virus Induced Gene Silencing,VIGS),研究了豌豆的几个MADS-box基因的功能。获得以下结果：1.豌豆中PsPI基因沉默后,出现了类似于拟南芥pi突变体/金鱼草glo突变体的表型,导致花瓣向萼片以及雄蕊向心皮转变,表明PsPI基因具有拟南芥PI/金鱼草GLO同源基因的功能,这说明这类基因在进化和功能上是相当保守的。2.豌豆中PsSEP1/2基因沉默后,导致花器官第四轮决定性丧失,区别于拟南芥,提示E类基因在功能进化上可能发生了岐化。3.其余几个MADS-box基因沉默后没有出现相对应的沉默表型,提示这些基因可能存在功能冗余。4.MADS-box基因保守区VIGS构建的结果提示豌豆中通过沉默保守区研究整个基因家族对花发育的影响应该是可行的。5.对PsPI和PsSEP1/2基因串联构建能出现双基因沉默的叠加表型,提示利用VIGS进行多基因功能研究是可行的。6.利用mRNA原位杂交技术对四个豌豆MADS-box基因表达模式的分析,验证了MADS-box同源基因在豌豆花发育中的功能。以上结果说明豌豆MADS-box基因在功能上既保守又存在岐化,同时也表明VIGS是一种研究植物基因功能的快速有效的方法,特别是对于那些转化困难的非模式植物基因功能的研究具有更为重要的意义。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-13
绪言  13-16
第一部分文献综述  16-37
  综述一高等植物MADS-box基因研究进展  16-29
    1. MADS-box基因的类型及其结构特点  16-17
    2. 花发育的ABC模型  17-18
    3. ABC模型的发展：E功能基因  18-20
    4. 豌豆花发育特征及花发育中MADS-box基因研究进展  20-27
      4.1 豌豆的花型特征  20-22
      4.2 豌豆花原基起始过程  22-24
        4.2.1 发育时期的划分  22-24
        4.2.2 豌豆花发育特殊性  24
      4.3 豌豆花发育MADS-box相关基因或突变体  24-27
    5. 小结  27-29
  综述二植物中病毒诱导的基因沉默研究进展  29-37
    1. VIGS技术的原理  29-31
    2. VIGS载体及构建  31-32
    3. VIGS的侵染方法  32-33
    4. VIGS的检测方法  33
    5. 利用VIGS进行植物基因组的功能研究  33-35
    6. VIGS技术的优缺点  35-36
    7. 小结  36-37
第二部分 MADS-box基因在豌豆花发育中的功能研究  37-81
  1 材料与方法  37-50
  2 实验结果  50-74
    2.1 豌豆MADS-box同源基因的获得和序列分析  50-54
      2.1.1 已知序列的搜索和进化树分析  50-52
      2.1.2 豌豆AP3/DEF同源基因的克隆  52-54
        2.1.2.1 RT-PCR  52
        2.1.2.2 序列分析  52-54
      2.1.3 小结  54
    2.2 通过VIGS技术研究豌豆MADS-box同源基因的功能  54-69
      2.2.1 用PDS基因建立豌豆VIGS实验体系  56-57
      2.2.2 野生型中PsPI基因的沉默导致花器官属性变化  57-61
        2.2.2.1 pCAPE2-PsPI载体构建  57-58
        2.2.2.2 PsPI沉默植株表型分析  58-60
        2.2.2.3 VIGS导致野生型豌豆中PsPI基因mRNA表达水平减弱  60-61
      2.2.3 野生型中PsSEP1/2基因的沉默导致花器官决定性丧失  61-64
        2.2.3.1 pCAPE2-PsSEP1/2载体构建  61
        2.2.3.2 pCAPE2-PsSEP1/2沉默植株表型分析  61-63
        2.2.3.3 VIGS导致野生型豌豆中PsSEP1/2基因mRNA表达水平减弱  63-64
      2.2.4 野生型中PEAM4、PsFUL、PsAP3、PsAG和PsSHP单基因的沉默没有出现功能缺失表型  64-65
      2.2.5 MADS-box保守区域构建  65-66
        2.2.5.1 豌豆MADS-box保守区域VIGS构建  65
        2.2.5.2 豌豆MADS-box保守区域沉默植株表型分析  65-66
      2.2.6 VIGS串联构建  66-68
        2.2.6.1 VIGS-PsSHP-PsPI沉默植株表型分析  67
        2.2.6.2 VIGS-PsSEP1/2-PsPI沉默植株表型分析  67-68
        2.2.6.3 其余串联构建表型分析  68
      2.2.7 小结  68-69
    2.3 豌豆中四个MADS-box同源基因的时空表达模式分析  69-74
      2.3.1 豌豆PI/GLO同源基因PsPI的时空表达模式分析  69-70
      2.3.2 豌豆AP3/DEF同源基因时空表达模式分析  70-71
      2.3.3 豌豆AG/PLE同源基因时空表达模式分析  71-72
      2.3.4 豌豆SEP1/SEP2同源基因PsSEP1/2时空表达模式分析  72-73
      2.3.5 小结  73-74
  3. 讨论  74-80
    3.1 豌豆PsPI基因是B功能PI/GLO同源基因  74-75
    3.2 豌豆E类基因影响花器官决定性  75-77
    3.3 表达模式验证了MADS-box同源基因在豌豆花发育中的功能  77
    3.4 VIGS接种时间的选择  77-78
    3.5 VIGS构建的特异性和有效性  78
    3.6 异种同源基因VIGS研究的意义  78-79
    3.7 展望  79-80
  4 结语  80-81
参考文献  81-87
附录  87-95
致谢  95

MADS-box基因在豌豆花发育中的功能研究

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