黄瓜MADS-box转录因子调控雌花衰老的分子机理研究

MADS-box转录因子调控花的衰老，但其作用机制还有待深入研究。本研究建立在黄瓜基因组数据的基础上，以在黄瓜雌花中特异表达的MADS-box转录因子为研究对象。通过对MADS-box转录因子在黄瓜雌花衰老过程中的表达模式分析，转基因植株功能鉴定等方法明确其调控雌花衰老的功能；通过ChIP-seq 技术明确MADS-box转录因子调控的下游靶基因；通过对下游靶基因所参与的代谢途径分析，阐明MADS-box转录因子调控雌花衰老的途径；最后综合基因表达模式、功能鉴定、代谢途径等多方面的研究结果，阐明MADS-box转录因子调控黄瓜雌花衰老的分子机理。该研究不仅在理论上有助于深入了解MADS-box转录因子调控花衰老的机制，更可为改善黄瓜的外观品质提供理论依据，具有重要的应用价值。

我们在黄瓜基因组中一共鉴定了42个MADS-box基因（CsMADS1-42）。CsMADS按照其结构域的特点可以分为MIKC，Mδ，Mα，Mβ，和Mγ5个groups。为了分析葫芦科MADS-box的特点，我们鉴定了甜瓜的47个和西瓜的44个MADS-box基因。相对于拟南芥，葫芦科植物的基因组缺乏近代复制事件，因此MADS-box基因数目较少。通过比较，我们发现在进化过程葫芦科一共丢失了7个MADS-box的亚家族基因，但同时也获得了4个葫芦科特有的亚家族。表达分析表明而这些葫芦科特有的亚家族成员与葫芦科作物的花和果实发育相关。为了分析CsMADS基因在黄瓜雌花发育中的角色，我们对发育1d, 3d, 6d的黄瓜雌花进行了转录组的测序。通过转录组数据，我们鉴定了在雌花发育过程中表达明显上调的10个CsMADS基因以及表达明显下调的8个CsMADS基因。我们对其中两个明显上调的SEP类CsMADS基因（CsMADS9,14）进行了克隆。另外我们发现至少23个CsMADS在花的不同发育时期存在着可变剪辑的情况。我们的结果表明黄瓜CsMADS基因通过表达模式的改变及可变剪辑参与了对黄瓜雌花发育的调控。为了探明CsMADS基因的功能，我们对调控CsMADS基因表达的黄瓜WRKY基因家族及miRNA家族进行了鉴定。我们在黄瓜基因组中鉴定了55个WRKY基因，并对这些基因在不同组织中的表达模式进行了分析。我们根据黄瓜雌花转录组的数据，分析了CsWRKY以及CsMADS的共表达模式。根据表达的相关性及启动子元件分析，我们鉴定了10个CsMADS作为WRKY基因的靶标从而受到CsWRKY基因的调控。我们对黄瓜8个不同组织进行了深度测序，并在黄瓜基因组中鉴定了24个保守的miRNA，18个已知的miRNA,49个新的miRNA。我们结合生物信息和降解组实验的方法，分析了这些miRNA的靶标基因。我们发现miRNA156调控4个MADS-box（CsMADS7,11,23,34）的表达，我们进一步用5‘race实验的方法验证了miRNA156对CsMADS的调控。我们的结果表明，转录因子以及miRNA在雌花的发育过程通过调控CsMADS的表达，参与了对黄瓜雌花发育的调控。该项目已经以第一作者发表影响因子大于4.0的SCI文章一篇，另有两篇文章正在完成中。