菠萝SERK1基因的表达规律及其在体细胞胚诱导过程中的作用

菠萝是多年生热带草本果树，深入研究其体细胞胚发生的分子机理对遗传改良和实现工厂化育苗有着重要意义。植物体细胞胚发生过程始于从体细胞到胚性细胞的转变，而 SERK 基因作为在这一过程中特异性表达的基因，在诱导非胚性的体细胞获得胚性能力过程中发挥着重要的调控作用。本申请项目将在进行了菠萝体细胞发生、遗传转化和菠萝SERK1基因（AcSERK1）部分克隆工作的研究基础上，进一步利用RACE技术获得AcSERK1cDNA全长；用RNA原位杂交和Real time RT-PCR方法检测该基因在野生型植株不同器官组织及其体细胞胚发生过程不同阶段的时空表达特性；以菠萝胚性细胞为受体获得细胞间遗传上高度一致的转AcSERK1或AcSERK1-RNAi基因植株，通过AcSERK1基因过量表达或抑制表达，探讨其在菠萝体细胞胚诱导过程中的作用，为进一步对该基因进行表达调控和利用提供理论依据。

菠萝是多年生热带草本果树，深入研究其体细胞胚发生的分子机理对遗传改良和实现工厂化育苗有着重要意义。植物体细胞胚发生过程始于从体细胞到胚性细胞的转变，而 SERK 基因作为在这一过程中特异性表达的基因，在诱导非胚性的体细胞获得胚性能力过程中发挥着重要的调控作用。本项目在进行了菠萝体细胞发生、遗传转化和菠萝SERK1基因（AcSERK1）部分克隆工作的研究基础上，进一步利用RACE技术获得了AcSERK1的DNA和cDNA全长之外，还分离到了另外2个AcSERK，确定菠萝SERK基因（AcSERK）是一个3个成员组成的基因家族，分别命名为AcSERK1、 AcSERK2和AcSERK3。用RNA原位杂交和Real time RT-PCR方法检测表明，3个AcSERK基因家族成员中，只有AcSERK1胚性细胞形成到原胚时期大量表达（最高达25倍），在开花受精后胚珠中也只发现 AcSERK1表达量显著升高并持续到原胚时期。将AcSERK构建成正义表达载体和RNAi干扰载体后的转基因实验表明，AcSERK1的过量表达能使菠萝体细胞胚的发生率97.5%，而RNAi干扰情况下，AcSERK1的表达量仅为野生型的9.6%，其愈伤组织表达光滑，与诱导前的非胚性愈伤组织相似，未能诱导出体细胞胚存在。因此，菠萝SERK基因家族成员中只有AcSERK1与胚（体细胞或合子胚）形成存在着密切的相关性，参与了对体细胞胚发生的诱导，在非胚性细胞（non-embryogenic callus）向胚性细胞（somatic embryo）转变过程中发挥重要作用。离体培养时 AcSERK1表达量的大量升高标志着非胚性细胞已开始向胚性细胞转变, 显示着AcSERK1可作为菠萝体细胞胚发生时细胞分化的标记基因。为进一步研究AcSERK1表达调控机理和提高菠萝体细胞发生率提供了分子依据。