生長素合成與轉(zhuǎn)運相關(guān)基因在玉米雌花序發(fā)育過程中的表達分析.pdf

1、植物從營養(yǎng)生長到生殖生長的轉(zhuǎn)變是一個復(fù)雜而關(guān)鍵的過程，涉及一系列動態(tài)發(fā)育過程。相對于小麥、水稻等禾本科植物，玉米的成花轉(zhuǎn)變過程尤為復(fù)雜，因為它會產(chǎn)生兩種不同性別的花，分別為雌花和雄花，它們是由三種不同類型和命運的原基形成的，分別是小穗對原基(spikelet-pair meristems，SPMs)、小穗原基(spikelet meristems，SMs)和花原基（floral meristems，F(xiàn)Ms）。玉米這種獨特的成花機制，以及

2、基因組測序的完成，使它成為研究禾本科植物花序發(fā)育的一個非常重要和完美的模型。
　　生長素是一種非常重要的植物激素，參與諸多生物過程的調(diào)控，例如向光性、向重力性、器官的發(fā)生、維管系統(tǒng)的形態(tài)建成等。現(xiàn)在公認(rèn)的生長素合成途徑有四條，其中YUCCA(YUC)基因參與的途徑是植物最主要的生長素合成途徑。該途徑產(chǎn)生的生長素是胚胎形成、花發(fā)育、種子形成和維管系統(tǒng)發(fā)生等生物學(xué)過程所必需的。生長素的轉(zhuǎn)運也被證明在植物的器官形成和分化中發(fā)揮重要作用。

3、PIN-formed(PIN)蛋白作為植物特有的一類生長素外運載體，在生長素極性運輸過程中具有重要作用。
　　本研究通過觀察生長素響應(yīng)信號DR5標(biāo)記的玉米轉(zhuǎn)基因植株的雌花序發(fā)育過程，發(fā)現(xiàn)生長素響應(yīng)信號在小穗對原基、小穗原基和花器官原基即將形成的位置較強，而當(dāng)新原基起始后信號變?nèi)?，這是生長素合成與極性轉(zhuǎn)運共同作用的結(jié)果。于是分別對生長素合成基因YUC家族和生長素轉(zhuǎn)運基因PIN家族進行了分析，以揭示這兩個家族的基因在玉米的雌花序發(fā)育過

4、程中的作用。研究結(jié)果和結(jié)論如下:
　　將擬南芥的YUC基因序列作為搜索序列，與B73的全基因組序列進行序列比對，找到了14個YUC基因，將其命名為Zm YUC1-Zm YUC14。對擬南芥、水稻、玉米的YUC蛋白家族進行的進化樹分析發(fā)現(xiàn)，玉米與水稻的YUC蛋白具有更高的同源性，多個分支僅包含玉米和水稻的YUC蛋白，暗示了單雙子葉植物中YUC家族基因的進化方式是不同的。玉米YUC蛋白的系統(tǒng)進化樹分析發(fā)現(xiàn)，同一組的YUC基因具有類似的

5、基因結(jié)構(gòu)。玉米的14個YUC基因在染色體上分布不均勻，5、6、9號染色體上沒有ZmYUC基因的分布。利用實時定量PCR技術(shù)對14個玉米YUC基因的表達模式進行分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)有12個基因在雌花序發(fā)育過程中特異或優(yōu)勢表達，而且主要在SPM和SM2時期高表達。ZmYUC3和ZmYUC4的原位雜交結(jié)果顯示，它們都主要在玉米雌花序各類原基中高水平表達。這些結(jié)果暗示了玉米的YUC基因在雌花序發(fā)育過程中具有重要作用。另外，我們還構(gòu)建了ZmYUC4的過

6、表達載體和ZmYUC3、ZmYUC4和ZmYUC8的artificial microRNA載體，并通過農(nóng)桿菌介導(dǎo)的幼胚轉(zhuǎn)化法進行了遺傳轉(zhuǎn)化，以期獲得轉(zhuǎn)基因植株用于觀察和分析YUC基因?qū)τ衩状苹ㄐ虬l(fā)育的影響。
　　前人研究發(fā)現(xiàn)玉米的生長素轉(zhuǎn)運基因PIN家族有14個成員，我們利用實時定量PCR對玉米的這14個PIN基因在雌花序發(fā)育過程中的表達模式進行了分析。結(jié)果顯示，有11個基因在雌花序發(fā)育過程中特異或優(yōu)勢表達，而且主要在SPM、SM

7、1和F這三個時期高表達，在營養(yǎng)器官中表達量極低或不表達。通過觀察pZmPIN1a∷ZmP IN1a∷YFP轉(zhuǎn)基因植株的雌花序發(fā)育過程，發(fā)現(xiàn)信號主要集中在小穗對原基、小穗原基和花器官原基即將起始的位置。借助DR5rev∷mRFPer和pZmPIN1a∷ZmPIN1a∷YFP的轉(zhuǎn)基因植株，發(fā)現(xiàn)生長素響應(yīng)信號和極性轉(zhuǎn)運信號在不同節(jié)位腋芽發(fā)育過程中的分布模式是有顯著差異的，位置越靠上的腋芽生長素響應(yīng)信號越強，極性轉(zhuǎn)運越活躍。這些結(jié)果都暗示生長素