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MADS-box是一类广泛存在的转录因子,它在植物生长和发育过程中具有重要的调控功能,比如:控制植物开花时间、花序结构、果实的成熟和发育、种子发育和雌雄配子的发育。本论文所研究的AGL6和FUL是MADS-box基因家族中两个重要的姊妹亚家族,均属于SEP/AGL6/AP1分支。先前已经报道了水稻和玉米中AGL6的同源基因Os MADS6和ZAG3在花发育方面的功能,以及FUL基因在开花时间上发挥的重要作用。小麦作为我国的主要粮食作物,AGL6基因的功能尚不清楚。短柄草是重要的禾本科模式作物,FUL基因开花调控机制未得到深入的研究。为了更好的研究禾本科植物MADS-box基因的功能,本论文主要开展以下两方面的研究工作:一方面是研究小麦AGL6(Ta AGL6)基因调控雄蕊发育的作用机理;另一方面是研究短柄草FUL2(Bd FUL2)基因调控开花时间的分子机制。Ta AGL6基因调控雄蕊发育的主要研究结果如下:1.以中国春小麦花序的c DNA作为模板,通过3′RACE和5′RACE试验克隆得到Ta AGL6全长c DNA序列。分析表明小麦中有3个AGL6同源基因,根据它们在染色体上的位置,分别将它们命名为Ta AGL6-A,Ta AGL6-B和Ta AGL6-D。通过定量和原位杂交对Ta AGL6基因进行表达模式分析,发现它们主要在花中强烈表达。在小花中,Ta AGL6基因3个转录本主要在内稃,浆片和雌蕊中表达。2.为了验证Ta AGL6基因的功能,在拟南芥中分别过量表达Ta AGL6-A,Ta AGL6-B和Ta AGL6-D。转基因植株主要表现出两种相似表型:早花且植株矮小和分支数目增多。同样地,在过量表达Ta AGL6-B的转基因小麦中也出现相似表型(早花)。3.通过分析Ta AGL6表达模式和转基因拟南芥表型,推测3个Ta AGL6功能可能是冗余的。因此,通过RNAi同时敲除3个小麦AGL6基因,获得RNAi转基因小麦。RNAi转基因小麦雄蕊数目和形态发生明显变化。正常的雄蕊中有4个药室,而RNAi转基因小麦有的仅有两个药室,有的则是两个药室融合为一个药室。同时,花粉粒活性也受到影响,育性和结实率与对照相比明显下降。定量结果表明了控制雄蕊发育的Ta AP3和Ta MGH3表达明显下调,控制心皮发育的Ta DL、Ta MADS13和Ta LHS1表达明显上调。因为Ta AGL6有转录激活活性,因此分析了表达下调的Ta MGH3和Ta AP3启动子。通过诱导纯化Ta AGL6蛋白,进行EMSA试验验证。结果表明Ta AGL6可以与Ta AP3启动子结合,Y1H试验同样也证明Ta AGL6基因的3个拷贝均可以与Ta AP3结合。在体内,进一步通过D-LUC试验验证了Ta AGL6确实可以激活Ta AP3的表达。4.先前水稻中的研究报道表明Os MADS6可以与B类、C类和D类基因互作,同样地,通过Y2H和BIFC验证了Ta AGL6转录因子可以与小麦中的B类基因Ta AP3,C类基因Ta AG和D类基因Ta MADS13发生蛋白互作。通过Co-IP试验在活体细胞内进一步验证了这些转录因子间的互作。Bd FUL2基因调控开花时间的主要研究结果如下:1.以短柄草Bd21叶片的c DNA作为模板,克隆得到了短柄草Bd VRN1(Bd FUL1)和Bd FUL2基因。分析它们在短柄草不同组织器官和花器官中的表达模式,发现Bd FUL2表达模式和Bd VRN1相似,均在茎,叶,花和种子中表达。在小花中,主要表达在护颖,外稃和内稃中。通过Y2H、BIFC和Co-IP试验验证Bd FUL2可以与Bd VRN1互作。2.先前报道了春化诱导Bd VRN1和Bd FT2的表达。因为Bd FUL2表达模式与Bd VRN1相同,猜想春化是否也能诱导Bd FUL2的表达。因此,检测了Bd FUL2在野生型短柄草Bd21春化前、春化一周、春化两周和春化后一周的表达情况。分析发现春化的材料Bd FUL2表达明显高于未春化材料。同时,未经春化的材料Bd FUL2表达水平随着植株生长而升高。Bd VRN1表达趋势与Bd FUL2一致。通过Chip试验对组蛋白H3K4me3富集程度进行分析,发现春化确实诱导Bd FUL2的表达。3.通过构建RNAi载体,获得了Bd FUL2 RNAi转基因短柄草。在长日照条件下,研究发现无论是否春化,Bd FUL2 RNAi转基因短柄草植株开花时间都明显晚于对照。因此检测短柄草中开花调控基因Bd FT1和Bd FT2的表达水平,发现它们表达明显下调。通过诱导纯化Bd FUL2蛋白,进行了EMSA和Y1H试验验证。结果均表明了Bd FUL2直接调控Bd FT1和Bd FT2的表达。4.有趣的是,研究发现Bd FUL2 RNAi种子萌发比对照Bd21晚,与此一致的是,GA3含量明显比对照低。因此检测GA合成途径中相关基因的表达水平。结果发现:BRADI2G24980和BRADI2G19900的表达在Bd FUL2 RNAi叶片中明显下调。分析发现这两个基因启动子上各有一个CAr G元件,进行EMSA试验去判断这个调控是直接的或间接的。结果显示Bd FUL2不能与它们结合。这些结果表明了Bd FUL2间接调控GA合成途径。