控制幼年期红掌苞片发育的关键基因的分离及表达研究

Bract plants are important and vast class in the ornamental plants. Anthurium andraeanum, as an important potted flower whether in domestic or abroad, is a typical view. However, bracts forming molecular mechanism is still poorly understood, and there is few study about which genes control the various ornamental traits. This study uses suppression subtractive hybridization coupled with gene chip technology to construct forward and backward subtracted libraries of bract versus leaf and bract versus inflorescence among early development stage, then isolated and identified differentially expressed genes of bract. Afterwards, we analyze the differential expression of genes involved in biological processes through bioinformatics software, forecasting the possible biological function. By screening part of key genes to obtain the full length cDNA and genome composition information. The key work is focusing on the spatial and temporal expression, combined with fluorescence quantitative PCR and subcellular localization. Finally, we can reveal the gene expression patterns at its early stage through comprehensively analyzing the above results, and our work will do provide a theoretical basis and gene resources for improving bract quantity, morphology, color and other ornamental traits.

观苞植物是观赏植物中重要而又庞大的一类，红掌作为目前国内外重要的盆栽、切花植物，是观苞花卉的典型代表。然而，人们对于其苞片形成的分子机理还知之甚少，对控制其各种观赏性状形成的基因类型缺乏研究。本研究以抑制消减杂交结合基因芯片技术为手段，构建发育初期苞片对叶片、苞片对花序的正反向差减文库，对红掌苞片中的差异表达基因进行分离和鉴定，通过生物信息学软件分析差异表达基因参与的生物过程，预测其可能的生物功能，然后筛选部分关键基因，获得其cDNA全长和基因组组成信息，重点研究其时空表达情况，结合荧光定量PCR和亚细胞定位等明确其表达模式，最后综合分析发育初期苞片中的差异表达基因对其形态形成的影响，揭示红掌苞片发育初期的基因表达情况，为今后通过分子手段改良红掌苞片的数量、形态、色彩等观赏性状提供理论基础和基因资源。

1、项目背景：红掌是世界主要高档盆栽花卉。红掌的种质资源和商用品种几乎全部由西方发达国家把控，生物技术的发展使得我国红掌育种可以在缺少种质资源的不利条件下，从分子生物学角度开展定向遗传改良。红掌的主要观赏器官为苞片，不同于花器官和其他营养器官，植物学领域对该器官的发生机理不甚了解，本项目的提出意在从分子水平，探索红掌苞片的发育机理，为我国红掌分子育种提供基础资源。.2、主要研究内容：（1）发育初期红掌苞片对叶片和花序的差异表达片段（EST）分离；（2）差异表达序列（EST）的生物信息学分析和功能注释；（3）差异表达序列的实时定量PCR验证和时空表达模式分析；（4）控制苞片器官发生的关键基因的分离和鉴定。.3、重要结果：（1）对红掌叶片、苞片、花序三器官发育初期的转录组信息进行了分析，结果认为苞片与叶片的转录组信息更为接近，与花序转录组信息差异较大，初步认为红掌的苞片是在叶片的基础上演变而来。（2）对所获得转录组信息进行分类，筛选，发现诸如mads-box、TCP、BHLH、myb等转录因子在红掌苞片的发育中发挥了重要作用。（3）克隆了红掌控制花器官发育的MADS-box基因家族的主要成员，包括2个A功能基因，2个B功能基因，1个C功能基因，一个D功能基因，以个AGL6-like基因，1个AP2类基因，2个SOC基因，1个FT基因，1个MYB基因，通过对上述基因的分析研究，认为红掌的各类基因与其他物种的同类基因存在序列上的保守性，也存在功能上变异性。（4）通过转基因功能验证，发现超量表达A功能基因并没有显著促进转基因烟草开花，超量表达B功能基因也没有使阳性烟草花器官发生显著变异，这是与多数其他物种的相关报道有区别的。而超量表达MYB基因，则获得了整株都变为紫红色的烟草，这说明该MYB基因在红掌花色素合成中存在于同类基因相同或相似的功能机理。(5) 通过过量表达红掌1个SOC类基因，转基因烟草获得了提早开花的表型，说明该基因在功能上存在保守性。.3、主要科学意义：通过对红掌苞片等器官转录组学分析，发现与苞片发育密切相关的基因以各类转录因子为主，其他诸如AP2类、FT类为辅，从这些与发育密切相关的基因中，更能筛选到控制苞片发育的关键性基因。于是，我们重点开展了MADS基因、MYB基因等的克隆和研究，解析这些基因的表达、结构、功能、作用机理，对于研究苞片的成因具有十分