AGAMOUS(AG)等MADS-box基因调控樱花、玉簪单重瓣花形成机制研究

樱花、玉簪均存在天然的单瓣与重瓣花表型，是研究植物花器官形态建成和组织发育模式的理想材料。单瓣与重瓣花表型的形成，可能源于C功能区基因的不正常表达。C功能基因AGAMOUS（AG）基因参与决定花器官形态的建立，AG基因的缺失将导致雄蕊瓣化，花分生组织持续增殖，从而形成重瓣花。本研究拟研究木本植物樱单、重瓣花中AGAMOUS、SHATTERPPOOF（SHP）和SEEDSTICK(STK)等MADS-box基因表达与调控模式的差异，分析AGAMOUS等MADS-box基因的过量或缺失表达对花器官发生和发育的影响，同时比较分析AGAMOUS等MADS-box基因草本植物玉簪的单、重瓣花中的表达模式差异，探讨AGAMOUS等MADS-box基因在花器官形成中基因表达调控网络中所处的位置和可能的生理功能，为深入研究木本植物花器官发生及观赏植物花型的定向遗传改良奠定重要的理论和工作基础。

樱花、玉簪均存在天然的单瓣与重瓣花表型。C功能基因AGAMOUS（AG）基因参与决定花器官形态的建立，AG基因的缺失将导致雄蕊瓣化，花分生组织持续增殖，从而形成重瓣花。本研究以木本植物樱、草本植物玉簪为主要研究材料，重点研究单、重瓣花中AGAMOUS等MADS-box基因表达与调控模式的差异对花器官发生和发育的影响。研究结果显示：樱、玉簪的单、重瓣花的细胞形态存在一定的相似性，但同时也存在一定的差异：重瓣玉簪雄蕊完全瓣化，雌蕊心皮呈现不同程度的瓣化，胚珠畸形，败育。而重瓣樱花‘普贤像’和‘一叶’雄蕊数量显著少于‘大岛樱’，花药瓣花，花粉败育,雌蕊叶化，并存在同株花异型现象。进一步比较AGAMOUS同源基因在樱、玉簪中的结构和表达调控模式发现：玉簪中存在两个AGAMOUS同源基因HpAG1和HpAG2。两个基因在单、重瓣花中的发育过程中表达的时间特异性和组织特异性存在明显差异： HpAG1主要在单瓣花的雄蕊中表达，而在重瓣花心皮中的表达要低于单瓣花。HpAG2主要在心皮中表达。与野生型拟南芥相比，35S：：HpAG1的拟南芥转基因植株花器官花瓣发生同源异型转变，发育成雄蕊状结构；而35S：：HpAG2植株中萼片发育成类似心皮的器官、宿存，长角果变短、弯曲且部分败育。以上结果显示玉簪单、重瓣花的形态差异与HpAG1和HpAG2两个基因的表达模式在时间和空间上的变化相关。樱PrseAG1基因主要在单瓣樱花的雄蕊和表皮中表达，PrseAG2主要在重瓣花的花瓣、雄蕊和表皮。进一步分析显示PrseAG2是PrseAG1基因缺失了C端一个170表皮的外显子。组成型表达的35S：：PrseAG1拟南芥转基因植株表现为萼片和花瓣变小，角果伸长期花被不脱落； PrseAG2转基因植株花器官表型没有明显的变化。这些结果表明PrseAG2 不能抑制拟南芥中A类基因的活性。樱花重瓣花形成的分子机制很可能源于PrseAG2 功能改变后A类基因在内2轮花器官中表达的结果。同时研究还发现Pto4CL2全长启动子能够驱动GUS基因在顶芽、茎、叶、花等器官中表达。其启动子中-317 ~ -292区域与表皮和花瓣的表达相关。凝胶阻滞实验检测发现位于-264 ~ -255区域的AC元件在花特异性表达中起到关键作用，而位于-252 ~ -239区域中的ABRE元件在该启动子的基础表达中起正调控作用。同时研究