蒺藜苜蓿Unusual Floral Organs基因在复叶发育中的功能研究

Plant leaf is the main place of photosynthesis, and is also the key factor impacting plant biomass. According to the leaf number in petiole, leaves can be classified as being either simple or compound. The leaves of Medicago truncatula are ternate pinnate leaves, as the typical compound leaves in leguminous plants. By a M. truncatula mutant with defect in compound leaf development, the key gene, Unusual Floral Organs（UFO）in regulating development of compound leaf is cloned. So far, there are few reports about genes involved in compound leaf development in M. truncatula. Function of UFO gene in leguminous plants has not reported, and the mechanism or regulatory process of UFO gene in regulating compound leaf development in M. truncatula is still unknown. Based on transgenic plants, we are exploring the function of UFO gene in regulating compound leaf development. We will analyze the UFO binding proteins and DNA by co-precipitation and chromatin immunoprecipitation techniques, and then explore the regulation network of these genes. This work will provide a research basis for compound leaf development in M. truncatula and leguminous plants in the molecular level, and it is possible to increase biomass by biotechnology.

叶是植物进行光合作用的主要器官，也是影响植物生物量的关键因素，高等植物叶片按照叶柄上叶片的数目，可以分为单叶和复叶，蒺藜苜蓿叶片为三出羽状复叶，为豆科植物典型的复叶类型。利用蒺藜苜蓿复叶发育缺陷材料，获得控制复叶发育关键基因Unusual Floral Organs（UFO）。但目前为止，关于蒺藜苜蓿复叶发育基因报道较少，UFO基因在豆科植物中的功能尚未有相关研究报道，UFO基因在蒺藜苜蓿复叶发育和调控过程中的机理仍然未知。本项目将在获得蒺藜苜蓿UFO转基因植物基础上，分析其对复叶发育的影响，通过免疫共沉淀和染色质免疫共沉淀技术，寻找与UFO结合的蛋白及DNA，进而分析这些基因间的调控网络关系，为从分子水平上分析蒺藜苜蓿乃至豆科植物复叶发育调控奠定基础，并有望为生物技术提高生物量提供新的可能。

叶是植物进行光合作用的主要器官，也是影响植物生物量的关键因素，高等植物叶片按照叶柄上叶片的数目，可以分为单叶和复叶，蒺藜苜蓿叶片为三出羽状复叶，为豆科植物典型的复叶类型。关于植物复叶发育的研究，主要集中生长素调控途径，而关于UFO基因在蒺藜苜蓿复叶发育调控的报道较少，UFO基因在豆科植物中的功能尚未有相关研究报道，UFO基因在蒺藜苜蓿复叶发育和调控过程中的机理仍然未知。本项目利用蒺藜苜蓿复叶发育缺陷材料，获得控制复叶发育关键基因Unusual Floral Organs（UFO），研究分析发现：蒺藜苜蓿突变体ufo复叶发育存在严重缺陷，大部分叶片仅有一片小叶，部分能够保持3片小叶，但叶片形状也发生了明显的变化；存在分枝数减少、开花推迟等性状；对野生型与突变体植物进行扫描电镜观察，发现：ufo突变体叶片上表皮细胞体积变大，叶片下表皮细胞与野生型相比，排列更加紧密，形状显得较为规则；通过TAIL-PCR法，发现在突变体植株基因组的UFO基因内存在一个Tnt-1转座子插入；通过RT-PCR分析，初步证实UFO基因在蒺藜苜蓿突变体中无转录活性。UFO基因对细胞分裂素和生长素敏感，尤其是细胞分裂素。在含有细胞分裂素的培养基中，突变体植物重新长出三片小叶的复叶结构；成功克隆UFO基因及启动子，并构建了多个植物表达载体，通过农杆菌介导的方法，已经获得了过量表达UFO基因的烟草植物，对其表型分析发现：转基因烟草叶片变窄、发育畸形，雄蕊数目减少，花瓣畸形，初步证明：UFO基因与叶片以及花器官发育相关。将UFO基因重新转回突变体植物，发现突变体植物复叶发育回复正常；对蒺藜苜蓿转基因研究发现：部分蒺藜苜蓿转基因植株长出了四片或五片小叶。通过对ufo基因引起的转录组分析研究发现：UFO基因能够通过提高细胞分裂素CKX的表达水平，分析其对复叶发育的影响，寻找UFO在复叶发育过程中的调控网络，为从分子水平上分析蒺藜苜蓿乃至豆科植物复叶发育调控奠定基础，并有望为生物技术提高生物量提供新的可能。