二球悬铃木花发育相关基因的克隆及功能研究

二球悬铃木花发育相关基因的克隆及功能研究二球悬铃木(Platanus acerifolia Willd)是一球悬铃木(P.occidentalis)和三球悬铃木(P.orientalis)的杂交种。

由于其良好的生长性状(例如抗病性强,能适应城市的环境及土壤条件从而快速生长等),二球悬铃木目前已经成为一种重要的城市绿化树种用于改善城市环境。

但是二球悬铃木的缺点在于每年盛花期时释放大量的花粉,而悬铃木的花粉会导致花粉过敏症以及季节性哮喘(Subiza et al.,1994;Varela et al.,1997)。

此外,随之而来的落毛问题也会造成环境污染。

这些空气污染物大大降低了悬铃木属物种的园林应用价值。

本项研究的目的就在于鉴定二球悬铃木中决定花发育的关键基因,使我们能够更加了解二球悬铃木以及木本植物花发育方面的分子机理。

而本项研究的长远目标则是希望能够通过基因工程的方法将这些花发育相关基因应用于二球悬铃木的分子育种,从而人为地调控其花发育进程。

主要的研究结果如下：1.从二球悬铃木中克隆了两种不同类型的FT(FLOWERING LOCUS T)同源基因,即PaFT和PaTSF。

其中PaFT被证实受到复杂的转录后水平的选择性剪切调控,属于非典型的FT同源基因。

表达分析的结果显示,PaFT各剪切型的表达同时具有组织特异性和发育时期特异性。

在烟草和拟南芥中异源表达正常的剪切型PaFT-A会导致诸多的表型变化,最突出的就是诱导早花以及削弱顶端优势。

实验中的各种证据暗示了基于一套复杂的选择性剪切调控,PaFT在二球悬铃木中可能具有多方面的调控树木发育的作用。

然而PaTSF并不存在选择性剪切调控,并且PaTSF的表达模式不同于PaFT,说明这两个基因在二球悬铃木中可能具有不同的调节功能。

在烟草中异源表达PaTSF同样导致了植株早花,但是削弱顶端优势的表型性状不明显。

2.克隆了二球悬铃木中的5个PI(PISTILLATA)同源基因(PaPI1-5)和2个AG(AGAMOUS)同源基因(PaAG1和PaAG2)。

研究发现这5个PaPI基因彼此之间存在遗传变异。

PaPI1和PaPI2与其它物种的PI同源基因具有相似的基因结构,但是
PaPI3/4/5缺失了所有的内含子序列,另外,PaPI5同时还缺失了编码完整K结构域的第3,4,5个外显子。

PaPI2似乎还还受到选择性剪切的微调控,能产生三种剪切型(PaPI2a,PaPI2b和PaPI2c)。

通过表达分析和功能研究证实,能够编码全长蛋白的PaPI转录本在二球悬铃木中具有B类MADS box基因的功能。

与之相反,PaPI5蛋白由于缺失了完整的K结构域,并没有表现出花发育方面的调控作用。

体外蛋白质互作实验也证实,K结构域对于形成PaPI/PaAP3异源二聚体蛋白是必需的。

同时,通过异源表达的方法研究了PaAG的基因功能。

结果转基因烟草出现了新型的表型变化,即萼片和花瓣同时心皮化。

这个结果说明PaAG可能更趋向于特异的调控第四轮花器官的形态发育。

3.以二球悬铃木分子育种为目的构建了pMOG22-PaFT1A-BpFULL1::BARNASE 复合载体。

相比于35S:PaFT1A的转基因株系,pMOG22-PaFT1A-BpFULL1::BARNASE 转基因烟草株系无法形成早花芽,从而说明该复合载体具有抑制开花的功能,并且在木本植物育种中具有潜在的应用价值。

4.利用TAIL-PCR(Thermal asymmetric interlaced PCR)的方法获得了长为
3.5kb的PaAG启动子区段。

序列分析以及启动子结构预测均说明该启动子区段应该存在转录活性。