E类MADS-box基因在枣花和果实发育中的分子调控机制

Compared to other fruit trees, Chinese jujube has some unique reproductive features such as a fast flowering time (of approximately 7 days), a short juvenile phase and first-year fruiting ability. Flower bud differentiation and fruiting occur in the same year, and there has been no flower bud dormancy reported for Chinese jujube. A genome-wide analysis of the MADS-box gene family in Chinese jujube was accomplished by us and 52 MADS-box genes, including 3 SEP-class ones (ZjSEPs), were identified. SEP-class genes play crucial roles in plant flower development. Over-expression of one jujube SEP gene in Arabidopsis showed early flowering phenotype and shorter capsule when compared with wild-type plants, indicating it plays critical roles in flower and fruit development. Based on above studies, we want to further uncover the functions of jujube SEP-class genes in flower and fruit development. Firstly, the spatial and temporal expression patterns of SEP-class genes in jujube flower and fruit (embryo) development will be revealed by quantitative real-time PCR and in-situ hybridization. Then, the transactivation analysis of ZjSEPs will be checked in yeast cells. The interactions among ZjSEP proteins and other MADS proteins will be conducted by yeast two-hybrid and co-immunoprecipitation. Meanwhile, the SEP-class genes’ function will be verified by transformation of Arabidopsis, which will provide scientific evidence and clues for the moleculer mechanism study of flower and embryo development.

与其它果树相比，枣树具有独特的早花早果特性，童期短，实生苗栽植当年即可开花结果；成花快（约7天），当年花芽分化当年开花结果。我们在全基因组水平鉴定出了52个与花发育密切相关的枣MADS-box家族基因，其中包括3个E类（SEP类）基因，SEP类基因是植物花发育过程中的协同因子。我们进行了一个枣SEP基因的拟南芥转化，转化植株表现早花、长角果变短，证明该基因在花、果发育方面发挥重要作用。基于此，本项目拟以枣SEP类基因为对象，利用实时荧光定量和原位杂交技术揭示它们在枣花、果（胚）发育中的时空表达模式；在酵母中进行转录激活活性分析，采用酵母双杂交和蛋白质免疫共沉淀技术研究该类蛋白和其他花发育相关蛋白之间的互作模式；通过拟南芥中过表达这些基因产生的表型、理化和分子水平的变化，阐明SEP类基因在枣花、果及其他器官发育方面的功能。该研究结果将为进一步阐明枣花、果发育的分子调控机制提供线索和依据。

E类MADS-box基因与植物的花和果实发育密切相关。与其他果树相比，枣树具有独特的早花早果特性。本项目研究了该类基因在枣花和果中的表达、转录激活活性、互作模式及调控早花的分子机制等，并首次对枣树成花途径进行系统分析，为阐明枣花和果实发育的分子调控机制提供了依据。.研究了枣E类基因的表达模式及转录激活活性。枣基因组中鉴定出3个E类MADS基因，即ZjSEP1/2、ZjSEP3和ZjSEP4。该类基因在花中的表达高于果实，但在四轮花器官中表达模式不同。3个蛋白均定位在细胞核中。ZjSEP1/2和ZjSEP3蛋白具有转录激活活性，但ZjSEP4不具有转录激活活性。说明该类基因在花果发育中功能不同，ZjSEP1/2、ZjSEP3能以转录因子的形式发挥调控功能。.分析了枣E类及相关蛋白的互作模式。3个E类蛋白都和A类、C/D类蛋白发生互作，ZjSEP4与ZjSEP1/2均可与自身互作，但ZjSEP3不能与自身互作，表明ZjSEP3不能形成同源二聚体，而ZjSEP4与ZjSEP1/2可形成同源二聚体，并且E类蛋白均可与A、C/D类蛋白形成异源二聚体。该结果为枣E类蛋白调控模式分析提供了线索。.发现了ZjSEP3通过调控节律基因LHY启动子CG-box来促进早花。与对照相比，35S::ZjSEP3拟南芥株系表现出生长快、叶片卷曲、早花、角果变短等表型，表明ZjSEP3确实能调控花和果实的发育。在转基因植株中花发育相关基因的表达受到显著影响，其中节律基因LHY表达被显著抑制；进一步研究发现，ZjSEP3能特异结合AtLHY和ZjLHY基因启动子的CArG-box区域。同时，35S::ZjSEP3植株中超表达AtLHY基因能逆转其早花表型。本研究首次发现了ZjSEP3-LHY互作调控模式，为SEP3促进植物早花机制研究提供了新途径。.明确了光周期和温敏途径是调控枣树成花的主要途径。从全基因组水平鉴定出44个成花相关基因，系统分析了这些基因在成花中的时空表达规律，发现光周期途径基因与花芽分化密切相关并积极参与实生苗从童期到成熟期的阶段转换；而后光周期调控试验表明，在长日照下酸枣实生苗可提早开花。还发现温敏途径基因ZjPIF4显著响应成花过程，证明了枣树光周期和温敏途径之间存在相互作用，为深入解析枣树成花调控机制奠定了前期基础。