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雄性不育在植物界中是一种常见现象,由于雄性不育是杂种优势利用的基础,对雄性不育机理的探索具有重要的应用价值。已有研究表明,植物肌动蛋白与雄性不育有关,而黄瓜性别决定形式复杂多样,其中全雌株只开雌花而无雄花,类似于雄性不育,因此研究黄瓜肌动蛋白与雄性不育的关系,将有助于对雄性不育的发生机理的全面认识。本研究分别从黄瓜和矮牵牛中克隆了肌动蛋白基因和花特异启动子,并进行了相关分析,主要结果如下。 1、通过1次PCR扩增从全雌性黄瓜中同时获得了长度分别为1186bp、955bp和870bp的3个肌动蛋白基因片段 Act1、Act2和Act3(GenBank登录号:DQ115881、DQ115882和DQ115883)。序列分析表明,3个肌动蛋白基因片段与GenBank中收录的肌动蛋白基因序列(如AF386514.1、AF059484.1和AB010922.1等)高度同源。Act1中1~580bp、984~1186bp,Act2中1~580bp、753~955bp,Act3中1~580bp、753~955bp为外显子编码区,其余为内含子序列,3个基因内含子的两端序列均符合典型的“GT-AG”规则。RT-PCR分析表明,Act1基因仅在根中表达,Act2基因在根和雌花中表达,而Act3基因在所有检测的器官(包括根、茎、叶、卷须、雌花和幼果)中都表达,提示黄瓜根的生长发育可能需要多种肌动蛋白基因的参与,而Act2和Act3可能与黄瓜雌性系的形成发育有关。 2、通过1次PCR扩增从矮牵牛基因组DNA中同时扩增出长为550bp和354bp的两个花特异表达的启动子(分别命名为PchsA-L和PchsA-S;GenBank登录号:EF199747和EF199748),其中PchsA-L与PchsA-S相比,除个别碱基有差异外,在第88~269bp多出一段182bp的序列,该182bp序列第103~201bp含有典型的内含子特征。通过BLAST软件分析,PchsA-L与GenBank中chsA基因启动子序列AY360358、S52984和X14591最大相似片段的相似性分别为97%(228/234)、96%(145/151)和96%(145/151);其第103~201bp区域与矮牵牛chsD基因(GenBank登录号X14593)相似性为94%(73/77),与GenBank登录号AB244234、AB244229和AB244221的F3’,5’H(falvonoid3’,5’-hydroxylase)基因相似性均为94%(34/36),与GenBank登录号AB244228的F3’,5’H基因相似性为96%(27/28)。PchsA-S与 AY360358、S52984和X14591最大相似片段的相似性分别为98%(348/354)、96%(262/271)、96%(262/271)。应用DNAStar软件分析表明两条序列均含有普通启动子的保守序列TATA box、CCAAT box、cap site(CCATAA),并含有花特异表达启动子的特征序列TACPyAT box、anther box(TAGAAGTGACAGAAAT)、G-box(CACGTG)、box1元件(ATGTCACGTGCCATC)和box2元件(TGTGTTGAAGGTTTGCTA)。 对克隆启动子所用的矮牵牛后代群体分析显示,130个单株中只含有PchsA-S的共有13株,含有2个启动子的共有97株,只含有PchsA-L的共有20株,其分离比并不符合1:2:1。对克隆启动子所用的矮牵牛的染色体数目分析显示,其含有14条染色体,为二倍体。 3、利用质粒pBIN19、pGFP、pCHS,分别构建了启动子CaMV35S、PchsA-S和PchsA-L驱动的转基因表达载体pBIN-35S-GFP、pBIN-PchsA-S-GFP和pBIN-PchsA-L-GFP,并导入野生型发根农杆菌K599。K599(分别含有3个不同启动子驱动的表达载体)侵染矮牵牛叶片,均获得转基因不定根,并从不定根再生植株。对诱导的不定根和再生植株基因组 DNA的PCR检测表明,野生型发根农杆菌K599 Ri质粒中的rolB基因和外源gfp基因均成功转入到矮牵牛基因组中;并且,CaMV35S启动子驱动的转基因不定根和再生植株叶片在蓝色光激发下都能发出强烈的绿色荧光,表明gfp基因实现了高效表达。 本研究结果为探讨肌动蛋白与雄性不育之间的分子机理以及进一步利用基因工程创造雄性不育提供了重要基础。此外,获得的启动子CaMV35S、PchsA-S和PchsA-L驱动的转基因植株为进一步分析启动子PchsA-S和PchsA-L功能的差异提供了前提基础。