论文部分内容阅读
多年来，花发育机理的研究一直是生物学研究的热点问题之一。植物花的发育是一个由基因网络调控的过程，机制较为复杂，因此目前人们对于花发育机理的了解还很有限。进一步揭示花发育的分子机理有赖于更多相关基因的发现和研究。本研究以烟草(Nicotiana tabacum L.)和玉簪(Hosta plantaginea Aschers)为试材，分别从中克隆得到了一个花药发育相关基因和一个花器官决定基因AGAMOUS的同源基因，并初步对其功能进行了鉴定分析。主要的研究内容和实验结果如下：
(1)以模式植物烟草(Nicotiana tabacum L.)为实验材料，首次分离得到了一个参与烟草花药发育的新基因-NtCP56。NtCP56是花药组织特异性表达的基因，它编码一个由361个氨基酸组成的半胱氨酸蛋白酶，其预测分子量为40 kD。通过原核表达、蛋白质纯化技术获得具有蛋白酶活性的NtCP56基因的体外重组蛋白，并以酪蛋白为底物测得该酶的米氏常数、最适反应温度和最适pH值。另一方面，利用反义RNA转基因技术获得NtCP56反义RNA转基因烟草植株，对其花药进行细胞学观察后发现，NtCP56 mRNA水平的降低导致大多数花粉发育的明显异常。以上实验结果表明，NtCP56作为一个半胱氨酸蛋白酶基因参与了烟草花药发育的过程。这项研究证实半胱氨酸蛋白酶基因在花药的发育过程中具有重要的作用，为揭示植物雄性不育的分子机理奠定了基础。
(2)玉簪(Hosta plantaginea Aschers)是一种常见庭院观赏植物，有单瓣玉簪和重瓣玉簪两种形态。单瓣玉簪的花由发育正常的花被片、雄蕊和雌蕊组成；而重瓣玉簪雄蕊完全缺失，仅由数轮花被片和花瓣化的雌蕊组成，是研究植物花器官发育分子机理的理想材料。课题首次采用分子生物学的方法对玉簪单、重瓣花的发育机理进行研究，克隆得到了玉簪中AGAMOUS的一个同源基因-HpAG。并通过半定量RT-PCR的方法证实HpAG在雄蕊和雌蕊中特异表达，同时利用酵母单杂交技术证实HpAG蛋白具有转录激活活性。在单、重瓣玉簪中HpAG基因的序列和表达没有明显差异，表明这种表型与HpAG并无直接关联，其发育机制还有待进一步的研究。该项研究为花器官发育的分子机理的研究奠定了很好地工作基础。