中国莲花器官发育基因MADS-box的鉴定与功能研究

Flower lotus with ornamental value is one kind of sacred lotus(Nelumbo nucifera Gaertn.). Lotus with countless petals is a very special type of flower lotus and it is also particular in our country.I ts stamens、carpels and the whole receptacle are completely instead of petals. Furthermore, the growing point of floral organ keeps differentiating to thousands of petals.In order to investigate the molecular regulation mechanism of this special floral organ development and on the basis of the whole genome sequence and resequences of sacred lotus, this project will take MADS-box genes in flower development as object, and carry out the following studies: study the different temporal and spatial expression characteristics of MADS-box gene in different tissues, different floral development period and different flower lotus types; construct the overexpression vector of the MADS-box gene and genetic transformate to Arabidopsis in order to investigate its function among flower development; explore the interaction model between objective genes among the flower development of sacred lotus.This work will detect the interaction pattern of genes related to control flower development of sacred lotus. also clarify the expression model and functions of these genes and provide the oretical principle to the research on fomation mechanism of different petal traits and genetic breeding of flower lotus.

花莲是以观赏为主的中国莲（Nelumbo nucifera Gaertn.）类型，其中千瓣莲是非常特殊的类别，也是我国特有的花莲类型。千瓣莲的雄蕊、雌蕊及花托均全部发生瓣化，花器官生长点不断分化形成花瓣。为了探讨这种特殊花器官生长发育的分子调控机理，本项目拟以中国莲花器官发育相关基因MADS-box为研究对象，在完成中国莲全基因组测序及重测序的基础上开展以下研究：利用实时荧光定量PCR技术研究目的基因在千瓣莲植株不同组织、千瓣莲不同花发育时期以及不同类型花器官的时空表达模式；利用重组基因遗传转化拟南芥，探索目的基因对莲花器官生长发育的调控作用；利用酵母双杂交实验探讨目的基因在中国莲花发育通路中的相互作用和调控关系。以期揭示中国莲花发育相关基因的表达模式及调控作用，阐明花发育过程中基因的相互作用，为今后深入研究不同花莲瓣型的形成机理及花莲遗传育种提供必要的理论基础。

中国莲是一种兼具食用、药用及观赏价值的水生作物，在中国有着悠久的栽培历史。中国莲花型非常丰富，为探讨中国莲花器官发育调控机理，本项目以中国莲3个MADS-box基因为研究对象，主要开展了以下几项工作：（1）利用重组基因遗传转化模式植物拟南芥，研究基因在莲花器官发育过程中所起的重要作用；（2）利用实时荧光定量PCR研究基因在莲不同组织、莲不同花发育时期以及不同类型莲花器官的表达模式；（3）利用GUS组织化学染色技术对PMADS-box ::GUS转基因拟南芥株系进行染色定位；（4）利用Pull Down技术探索莲MADS-box基因可能的互作蛋白。主要研究结果如下：（1）中国莲MADS-box基因家族中3个基因（CCG033329.1，CCG004708.1，CCG008314.1）的过量表达载体遗传转化拟南芥并筛选得到转基因T1代种子，3个基因均能回复部分拟南芥花器官发育异常的突变体表型。（2）荧光定量PCR检测3个MADS-box基因的时空表达模式：①分别取中国莲植株（中间湖野莲）的6种组织（花蕾，花柄，叶柄，叶片，根，地下茎）检测3个基因表达量，结果显示CCG033329.1和CCG008314.1在花蕾的表达量明显高于另外5种组织，CCG004708.1在6中组织的表达量无明显规律。②分别取不同花型花蕾（单瓣莲，重瓣莲，重台莲，千瓣莲）检测3个基因表达量，结果显示CCG004708.1在重台莲和千瓣莲花蕾的表达量大大高于单瓣和重瓣，预测该基因在花器官分化过程中起到重要调控作用。③分别取中间湖野莲不同大小花蕾（3cm，3.5cm，4.5cm，5cm，6cm）检测3个基因表达量，结果显示3个基因在4.5cm花蕾的表达量最大。（3）GUS组织化学染色检测基因CCG033329.1在叶片分生组织大量表达，根、茎中无表达；花器官中，该基因在萼片、花丝及柱头中表达。（4）利用Pull down技术研究 CCG033329.1蛋白的互作蛋白。结果显示与CCG033329.1蛋白可能发生互作的蛋白有33个，有待后续进一步分析。通过本项目的实施，揭示了中国莲MADS-box基因在花器官发育中的重要作用，阐明了基因的时空表达模式，探索了基因在调控通路上的互作关系，填补了莲基因功能研究的空白，为今后深入研究莲花器官发育调控通路提供一定的理论基础。