几种豆科植物控制花型发育基因—CYC-like基因的比较功能基因组研究

第一篇：几种豆科植物控制花型发育基因—CYC-like基因的比较功能基因组研究

几种豆科植物控制花型发育基因—CYC-like基因的比较功

能基因组研究

以大豆为代表的豆科作物多数是较为严格的自花授粉物种，这使得杂交优势利用非常困难。授粉类型必须有特定的花形态结构作保障。因此，改变花型发育的关键调控基因，就有可能改造花的形态与结构，使异花授粉成为可能。有研究报道，金鱼草的CYC基因在花型发育中起了关键作用。同时，有研究报道，豆科的不对称花型是独立进化而来的，因而相关研究不仅具有重要的应用价值，同时具有重要的理论意义。为此，我们实验室开展了豆科CYC基因的研究工作。

首先，我们在豆科模式植物百脉根（Lotus japonicus）中用cDNA文库筛选等方法克隆了3个CYC同源基因，并进而开展了功能研究。RNA原位杂交实验和RT-PCR实验证明，LjCYC1、2、3基因在生殖期分生组织(花序、花原基)中有较强的表达，而在不同的花瓣原基中，LjCYC1,2主要在旗瓣表达，而LjCYC3在旗瓣和翼瓣均有较强表达，而在营养期的顶端分生组织中只有LjCYC1有微弱的表达。实验结果说明，LjCYC1、2、3基因主要参与花器官的发育，尤其是背部器官的发育。转基因实验结果表明，过量异位表达Ljcyc1、2基因能够改变花的对称性以及花型。

在克隆百脉根CYC基因的基础上，根据同源克隆的方法，我们在大豆中分离了6个CYC同源基因，分别命名为GmCYC1a, GmCYC1b, GmCYC2a, GmCYC2b, GmCYC3a, GmCYC3b。这6个基因根据序列同源性可以分为三组：GmCYC1a和GmCYC1b为一组，核苷酸序列相似性为95.1%，GmCYC2a和GmCYC2b为一组，核苷酸序列相似性为92.7%，, GmCYC3a和GmCYC3b为一组，核苷酸序列相似性为88.6%。

将豆科中的CYC-like基因通过最大简约法构建系统进化树，分析结果显示这三组序列分别对应百脉根，豌豆，蒺藜苜蓿中的三个CYC基因LjCYC1/PsCYC1/MtCYC1，LjCYC2/PsCYC2/MtCYC2，LjCYC3/PsCYC3/MtCYC3，这说明相对于豆科中的其他物种来说，在大豆基因组中CYC基因至少又发生了一次基因倍增事件。

RNA原位杂交技术分析了大豆中三个CYC基因的时空表达模式：花芽原基起始时，GmCYC1a在花原基背部的狭窄区域表达；花器官原基起始后，GmCYC1a只在心皮原基处表达。GmCYC2a在花序原基和花芽原基的连接处表达，GmCYC2b在早期花芽原基的背部区域表达，随着花芽原基的进一步发育，GmCYC2b继续在背部花瓣强烈表达。这一结果表明，在大豆中，虽然CYC基因在发生基因倍增后，在长期进化过程中，同源基因的功能发生了分化，但是，这些基因主要功能仍然与花序与花的发育，花背部器官的发育以及花的不对称性建立有关。关键词：豆科 花型发育 CYC基因 花型改造