豆科LegCYC因子调控两侧对称花型发育的分子机制和生化基础

来源 :中国科学院研究生院 中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:mingtian2060
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两侧对称花型是有花植物的一类特殊花型,是由辐射对称花型经过多次反复独立进化而来。作为进化上的典型花型,它为研究花型发育的模式建成提供了经典的材料。豆科植物两侧对称花型的发育主要包括两个方面:花器官背腹不对称性(DV)的发育和器官内部不对称性(IN)的发育。已有的研究结果表明,CYC类TCP基因参与调控豆科植物两侧对称花型背腹不对称性的发育。在豆科植物百脉根(Lotus japonicus)和豌豆(Pisum sativum)中,CYC类基因通过复增产生三个拷贝:LegCYC1、LegCYC2与LegCYC3,它们共同决定了豆科植物两侧对称花型背腹极性的发育。其中,LegCYC1与LegCYC2参与调控背部花器官的发育,而LegCYC3则同时参与调控背部和侧部器官的发育。但是,对于这些LegCYC基因调控豆科两侧对称花型发育的分子机制及其所编码的蛋白的功能和生化基础,以及DV和IN是如何协同控制豆科两侧对称花型发育的分子机制还缺乏深入的了解。  在百脉根中的研究结果表明,LjCYC基因之间存在转录水平上的相互调控。其中LjCYC1、LjCYC2和LjCYC3能够在背部花瓣促进LjCYC2的转录,而LjCYC2反过来又抑制LjCYC3在背部花瓣的表达,它们共同调控了花器官背部属性的建立。而LjCYC3同时参与调控侧部器官的发育,并且LjCYC2能够以某种的方式调控LjCYC3在侧部花瓣的表达。酵母双杂交和免疫共沉淀结果显示,LjCYC蛋白之间存在很强的相互作用,能够形成同源或异源二聚体。这些结果表明,LjCYC之间通过转录水平和蛋白水平上的相互作用共同调控了百脉根花瓣背腹极性的发育。  序列分析表明,在LegCYC蛋白的氨基酸序列中存在多种修饰位点,并且遗传分析显示,这些修饰位点的突变能够导致很强的表型,提示这些不同的修饰对于LegCYC蛋白的功能十分重要。进一步的研究结果表明,LjCYC蛋白能够与ATP/GTP结合,并导致其蛋白构象发生变化。并且一系列LjCYC2与LjCYC3蛋白ATP/GTP结合位点定点突变的转基因植株的表型分析和内源LjCYC表达分析表明,ATP/GTP结合位点的突变能显著弱化LjCYC蛋白的功能,说明ATP/GTP的结合能够影响LjCYC蛋白的功能。  通过酵母双杂筛选,发现一些蛋白能够与LjCYC蛋白相互作用。并且豌豆中相应同源基因的沉默能够导致豌豆两侧对称花型的不正常发育。生物信息学分析显示,这些因子广泛参与对目的蛋白的磷酸化修饰,因此推测这些因子可能是通过磷酸化修饰来影响LjCYC蛋白的功能,进而影响豆科植物两侧对称花型的发育。  通过快中子诱变,在豌豆中筛选到了多个影响两侧对称花型发育的突变体,其中lsl突变体能够同时影响花瓣背腹极性的发育、花瓣内部不对称性的发育以及花器官属性的决定。并且遗传分析表明,LSL与PsCYC2和PsCYC3存在相互作用,并通过调控PsCYC2和PsCYC3的表达参与调控花瓣背腹极性的发育。而另外两个非等位突变体syp1与syp2则特异的影响花瓣内部不对称性的发育。并且遗传分析表明,LSL、SYP1与SYP2存在遗传上的相互作用,三者协同调控了花瓣内部不对称性的建立。  综合研究结果,讨论了LegCYC基因调控花器官背腹属性发育的分子机制,以及LegCYC蛋白调控豆科两侧对称花型发育的生化基础,提出了LSL和SYP1等IN因子与LegCYC等DV因子协同调控豆科两侧对称花型的模型。  
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