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高等植物的两侧对称花型被认为是由辐射对称花型经过多次独立的进化事件演化而来。豆科模式植物百脉根便具有典型的两侧对称花,三种不同种类的花瓣--旗瓣(背花瓣)、翼瓣(侧花瓣)和龙骨瓣(腹花瓣)沿背腹轴分布。本实验室曾对百脉根进行了大规模的诱变,获得了一些花瓣形状发生改变的单基因隐性突变体。其中一个突变体squared standard(squ)特异性地影响了背部花瓣的发育。另一个突变体keeled wing inLotus(kew)改变了侧部花瓣,使之很像腹部花瓣。而二者的双突变体squ/kew的所有花瓣在不同程度上均具有腹部花瓣的特征,表明SOU和KEW存在遗传互作。
本研究工作从这两类花型突变体入手,对百脉根背腹不对称花型发育的分子机理进行了探讨。squared standard(squ)和keeled wing in Lotus(kew)突变体分别改变了背部和侧部花瓣的形态。结合图位克隆的定位信息及进一步的相关分析,确定了squ和kew分别是LjCYC2和LjCYC3基因的突变体。LjCYC2和LjCYC3这两个基因均编码TCP蛋白,属于CYC-like基因。转录表达分析表明,LjCYC2特异在背部花瓣表达,LjCYC3在背部和侧部花瓣均有表达。在转录水平,LjCYC2还可以激活LjCYC3的表达,并且这种调节是直接的。作为转录因子,LjCYC2和LjCYC3均可以和DNA靶位点结合,但具有明显不同的转录活性。LjCYC3有很强的转录激活能力,而LjCYC2则没有。但同时表达LjCYC2和LjCYC3可以发现,LjCYC2可以抑制LjCYC3的转录激活活性,同时由于排除了LjCYC2具有转录抑制活性的可能,LjCYC2对LjCYC3转录活性的调节很可能是通过与LjCYC3的蛋白相互作用实现的。LjCYC2还可以和MADS家族的蛋白LjAP1b相互作用,推测LjCYC2可能通过招募这样的一个MADS蛋白形成转录复合物,从而在花瓣中激活LjCYC2自身以及LjCYC3。利用基因芯片分析,获得了可能的下游表达基因。其中包括KNOX基因家族的LjKNATM,它可以在LjCYC2的过量表达转基因植株中被异位激活,而不受LjCYC3过量表达的影响。而且,LjCYC2和LjCYC3蛋白具有GTP结合能力,这在一般的转录因子中比较少见,推测与它们行使功能有关。我们认为LjCYC2和LjCYC3源于豆科中的一次基因复增事件,这次基因复增导致了它们的功能发生了歧化。