MYB转录因子在调控老鸦瓣芽茎形成中的功能及作用机制研究

Tulipa edulis (Miq.) Baker. (Tulipa L.) is a medicinal plant with anticancer properties. Special Rhizome is its main asexual reproductive organ and it is unique in morphology. Hence, it is extraordinarily meaningful to explore the forming mechanism for clarifying its position in evolution and ecological adaptation, and for rapid multiplication. Based on our previous research, the methods of bioinformatics，molecular biology and genetics are synthetically applied to explore the function and mechanism of MYB transcription factors in Special Rhizome forming. We plan to identify the family classification, phylogenetic relationships and expression pattern of MYB transcription factors, and to clone key gene TeMYB which is responsible for Special Rhizome forming and to analyze its subcellular localization and temporal and spatial expression patterns. Furthermore, the function of gene TeMYB in Special Rhizome forming will be explored with the method of gene overexpression or silence. Then gene expression difference in transgenic and wild T. edulis will be explored with transcriptome analysis, with the purpose to illuminate the function and regulatory network of gene TeMYB. Additionally, analysis of protein interactions will be conducted to uncover the possible mechanism. Based on above-mentioned works, our objective is to lay the foundation for uncovering the molecular mechanism of Special Rhizome formation and provide a reference for related research.

芽茎为药用植物老鸦瓣主要无性繁殖器官，同时结构特殊。揭示老鸦瓣芽茎形成机制有利于探索其在物种进化和生态适应等方面的作用及其快速繁育。前期研究发现MYB家族转录因子可能在老鸦瓣芽茎形成过程中具有重要调控作用。本项目拟综合生物信息学、分子生物学、遗传学等学科的研究方法，（1）鉴定与分析老鸦瓣MYB基因家族分类和系统进化及其表达模式；（2）克隆与老鸦瓣芽茎形成相关关键基因TeMYB，分析其亚细胞定位并阐明其时空表达模式；（3）通过TeMYB 基因过表达或沉默方法明确其在老鸦瓣芽茎形成中的作用；（4）通过转录组分析TeMYB基因过表达和沉默转基因老鸦瓣植株和正常植株在芽茎形成过程中的基因表达差异，明确TeMYB基因在老鸦瓣芽茎形成过程中的功能及其调控网络；并结合蛋白互作分析初步揭示TeMYB可能的作用机制。最终为揭示老鸦瓣芽茎形成的分子机制提供线索，并为百合科植物类似结构的相关研究提供参考。

芽茎为药用植物老鸦瓣主要无性繁殖器官，同时结构特殊。揭示老鸦瓣芽茎形成机制有利于探索其在物种进化和生态适应等方面的作用及其快速繁育。前期研究发现MYB家族转录因子可能在老鸦瓣芽茎形成过程中具有重要调控作用。本项目综合生物信息学、分子生物学、遗传学等学科的研究方法，系统研究了MYB转录因子家族调控老鸦瓣芽茎发生的分子机制。（I）筛选到适用于老鸦瓣不同组织和芽茎不同发育阶段内基因表达分析的内参基因UBC和UBI。（II）通过PacBio Sequel三代测序结合二代测序对老鸦瓣芽茎发育三个时期及不同部位进行转录组测序，在芽茎发育不同时期组合预测到2184个差异表达的转录因子。通过对老鸦瓣的MYB转录因子进行鉴定和生物信息学分析，同时分析老鸦瓣不同部位及芽茎不同发育时期的MYB基因表达模式并预测基因功能，共鉴定出93个含有MYB保守结构域的MYB转录因子，其中53个R2R3-MYB分为15个亚组。筛选在老鸦瓣芽茎发育时期特异性表达且具有较高FPKM值的MYB成员，共选择并克隆了3个主要在芽茎三个发育时期优势表达的MYB基因（AeMYB2、AeMYB4、AeMYB91），对其氨基酸序列及编码的蛋白序列特征进行分析，并对AeMYB4和AeMYB91开展了亚细胞定位和转录因子特性研究。（III）为深入了解AeMYB91在芽茎发育过程中可能发挥的具体作用，利用同源重组技术，构建重组过表达载体，采用农杆菌浸润法将重组质粒转入拟南芥中，经过抗生素筛选和 PCR 鉴定获得转AeMYB91拟南芥，通过表型观察发现与转基因植株相比，探索了该基因在植物新生器官的发育进程中的功能。（IV）通过WGCNA法的模块组织相关性分析挖掘出潜在的与芽茎发育相关的4个核心基因。综上，通过调控老鸦瓣芽茎发生过程中关键MYB转录因子及其功能的研究，可为揭示老鸦瓣芽茎发育分子机制奠定坚实基础并为百合科类似植物结构的相关研究提供参考。