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花是被子植物特有的有性繁殖器官,以同源异型MADS-box基因家族成员为主所组成的复杂基因网络调控了花的整个发育过程。其中SEP-like基因不仅作为花器官特征基因(organ identity genes)在花器官的发育中起广泛和基础性的作用,还作为分生组织决定基因在花分生组织决定性(floral meristem determinacy)上有着重要作用。拟南芥中的四个SEP-like基因SEPALLATA1/2/3/4(SEP1/2/3/4),具有相似的表达模式,在功能上存在极大的功能冗余性(redundancy)。单突变体没有或只有很微弱的表型,只有三突变或四突变时,拟南芥的花发育过程才会受到明显影响。每个SEP蛋白都是结合一个或多个其它MADS-domain蛋白形成高级蛋白复合体来行使功能的。相对于核心真双子叶植物,单子叶植物类群中的SEP-like基因出现了更大程度上的功能分化。水稻作为单子叶植物中的模式植物,其基因组中有五个SEP-like基因OsMADS1/5/7/8/34。但对它们的功能还缺乏全面深入的研究报道。
本文在前人及本实验室对水稻SEP-like基因研究的基础上,主要做了以下几方面的工作:
1.克隆了水稻五个SEP-like基因的启动子区序列,进行了比较序列分析,并构建了GUS融合表达载体,转化水稻愈伤组织。通过对转基因水稻的GUS染色分析表明:除OsMADS34基因启动子区序列外,所得到的其余四个基因的启动子区序列,均能驱动GUS报告基因在花器官中优势表达,但是表达模式有所不同。
2.利用酵母双杂交系统和拟南芥叶肉细胞原生质体体系免疫共沉淀(Co-IP)对水稻SEP蛋白之间的相互作用模式进行了详细的研究。结果表明:OsMADS7和OsMADS8具有相似的互作方式,它们可以相互作用形成异源二聚体,也都可以和OsMADS1形成异源二聚体,同时自身也可以相互作用形成同源二聚体。而OsMADS5不能和水稻中的其它SEP蛋白相互作用,也没有形成同源二聚体的能力。
3.由于SEP-like基因普遍在功能上存在冗余性,同时我们实验室针对单个SEP-like基因的RNAi转基因植株也没有明显可见的表型,因此,本文通过过量表达,以gain-of-function的方式探讨了水稻中OsMADS8基因的功能。构建了两个过表达转基因载体:一个在基因N端融合tag标签;另一个在基因C端融合tag标签。转基因分析结果显示:N端融合tag过量表达OsMADS8造成转基因植株轻度矮化,和野生型相比没有其它方面的表型变化;而以C端融合tag的方式过量表达OsMADS8却引起转基因植株显著矮化、叶夹角增大到近于90度、叶色深绿色、分蘖数减少以及开花期大大提前等明显表型变化,但花器官没有可见变化。两种类型的转基因水稻都是不育的。这些结果表明:水稻OsMADS8基因除了参与花器官发育调控,还参与了开花时间的调控;多肽tag对OsMADS8蛋白的N端和C端对该基因行使正常功能有着不同程度的影响。