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矮牵牛,作为研究花发育的模式植物,近几年关于其花发育相关的转录因子研究多不胜数,这些花发育转录因子主要集中于MADS-box家族。拟南芥中大多数MADS-box家族基因的功能都已被揭示,尤其是C类基因AG,很早就被研究发现它的缺失表达能够造成雄蕊的瓣化,以及花器官分生组织的无限增生,最终在植物花上表现出重瓣的表型。
在矮牵牛中,我们同样发现它的C类基因PMADS3干涉载体的转化可以使野生烟草花获得重瓣表型。为了探索PMADS3基因调控花单重瓣发育的具体途径,我们以实验室姐妹交保存的自然界的单重瓣矮牵牛和野生型烟草、转基因的重瓣烟草作为材料,分别利用基因芯片、抑制消减杂交以及实时定量PCR这三种技术筛选鉴定了这两类植株中同源的差异表达基因,并初步认为这些基因为PMADS3调控花单重瓣发育途径上的调控因子。另外,为了进一步完善PMADS3调控花单重瓣发育的具体途径,本实验构建了酵母单杂交文库以用来研究这些调控因子之间的上下游关系以及发掘这条途径上其他的调控因子。具体内容及结果如下:
1)利用实时定量PCR技术对已知的NCBI上的烟草18个转录因子和矮牵牛33个转录因子在单重瓣植株之间的表达量进行了检测,分别在这两种植株中筛选了15个差异表达的转录因子,并对这些转录因子进行了聚类,同源性较高且表达变化趋势一致的转录因子则被我们假设为PMADS3调控花单重瓣发育的途径上的作用因子。我们最后获得了4对同源转录因子,分别是:FBP20与tobmads1,PMADS3与NtMADS3,FBP6与NtFBP6,PMADS12与SEP。除去PMADS3基因外,我们推测其他三对同源基因都参与了PMADS3的调控途径。
2)分析矮牵牛和烟草基因芯片的数据结果,我们将其中log值大于2的所有差异基因分上调和下调两类聚类在一起;处理抑制消减杂交技术获得的矮牵牛和烟草差异表达基因,将重瓣植株中特异表达的基因定义为表达量上调,而单瓣植株中特异表达的基因定义为表达量下调,也分上调和下调两类聚类,并与基因芯片的结果整合在一起,我们可以发现许多矮牵牛中差异表达的基因与烟草同源,并且差异变化趋势一致。
3)进一步采用实时定量PCR技术对基因芯片和抑制消减杂交获得的同源差异基因进行验证,对相对定量PCR结果分析后可以挑出3对差异同源基因,并且都表现出表达量下调的现象。我们推测这3对基因可能是PMADS3基因控制花单重瓣发育中的调控因子。
4)为了对筛选到的3对转录因子和3对差异结构基因进行验证,并进一步确定它们之间的作用关系以及发掘其他可能的调控因子,我们以重瓣矮牵牛花芽为材料,建立了酵母单杂交AD-cDNA文库,并对文库的质量从转化效率和重组片段长度两方面进行了评价。