花器官身份基因在蛋白质水平上的互作及其进化研究

花的发育是由复杂的调控网络所决定的。花发育的"ABC模型"、"ABCE模型"和"四元体模型"中所涉及的花器官身份基因（绝大多数为MADS-box基因）是该调控网络的核心。项目申请者在前期研究中发现，花器官身份基因的进化与花的起源和早期分化密切相关，并且认识到从蛋白互作的层面上对花器官身份基因进行研究是理解花的起源和演化问题的关键。然而，由于缺少基部被子植物中的相关数据，我们仍然不能揭示整个被子植物中花器官身份基因在蛋白水平上的互作关系及其进化式样。本项目拟在已有工作的基础上，对基部被子植物中的花器官身份基因的进化历史、表达式样、蛋白互作以及DNA-蛋白复合体之间的互作进行研究，揭示基部被子植物花器官身份基因在蛋白水平上的互作关系，阐明被子植物花发育调控网络的进化式样，探讨花的起源和演化的原因，为花的进化乃至被子植物的起源和演化研究提供新思路。

花的发育是由复杂的调控网络所决定的。花发育的"ABC模型"、"ABCE模型"和"四元体模型"中所涉及的花器官身份基因（绝大多数为MADS-box基因）是该调控网络的核心。项目申请者在前期研究中发现，花器官身份基因的进化与花的起源和早期分化密切相关，并且认识到从蛋白互作的层面上对花器官身份基因进行研究是理解花的起源和演化问题的关键。然而，由于缺少基部被子植物中的相关数据，我们仍然不能揭示整个被子植物中花器官身份基因在蛋白水平上的互作关系及其进化式样。本项目在前期研究的基础上，选取了被子植物最基部的两个类群，即无油樟科的无油樟和睡莲目的萍蓬草，克隆了其中的21个花器官身份基因，分析了它们的序列结构和进化历史，发现主要的花器官身份基因在被子植物的最近共同祖先中就已经存在了，其序列和蛋白质三维结构与无油樟更为相似；无油樟和萍蓬草中的一些基因是通过类群特异的基因重复事件产生的。我们利用酵母双杂交的方法对两个物种中的花器官身份基因之间的蛋白互作关系进行了研究，并在被子植物系统发育关系的背景下重建了花器官身份基因蛋白互作网络的进化历史，结果发现，花器官身份基因之间互作网络的基本框架在现存被子植物的最近共同祖先中就已经建立；基因重复和同源二聚体向异源二聚体转变是被子植物中蛋白互作式样形成的最主要原因；花发育调控网络随着被子植物的进化越来越复杂和精细。本项目所取得的研究成果不仅揭示了基部被子植物花器官身份基因在蛋白水平上的互作关系，阐明了被子植物花发育调控网络的进化式样，而且为探讨花的起源和演化提供了新的证据。本项目已经发表研究论文一篇，其余研究结果已经整理成文，即将发表。