百脉根Lj CYC1基因致非洲紫罗兰花形改变

百脉根 Lj CYC1 基因致非洲紫罗兰花形改变 

 

摘  要：利用农杆菌介导法将百脉根花对称性基因 Lj CYC1 转入非洲紫罗兰，进一步探讨其作用和功能。非洲紫罗兰 Lj CYC1 转化植株的表型发生以下变化：（1）花的对称性明显改变，由辐射对称变为两侧对称，出现频率为 14.3%；（2）花瓣向花冠基部裂开，且花瓣数减少，出现频率为 57.1%；（3）部分或全部雄蕊花瓣化，出现频率为 17.1%；（4）雌蕊花瓣化或退化，出现频率为 11.4%。

 

花的对称性（floral symmetry）作为被子植物花部结构的典型特征，近年来成为植物发育、进化、生态及分子生物学的研究重点之一。被子植物的花形根据其对称面的有无分为 3 种（Endress，2001）：辐射对称花（actinomophy，具有多个对称面）、两侧对称花（zygomophy，只有一个对称面）、不对称花（asymmetry，没有对称面）。自从 Luo 等（1996，1999）从金鱼草中克隆了 CYCLOIDEA后，其花形分子调控机制已经研究得比较清楚，主要是由调控花背部特性的 CYC 基因、DICHOTOMA（DICH）基因、RADIALIS（RAD）基因和调控腹部特性的 DIVARICATA（DIV）基因决定。



花对称性的研究除在金鱼草上取得很大进展外，研究对象已扩展到金鱼草的近缘类群（Green  et  al.，2010），如菊科（T?htiharju et al.，2012；黄笛  等，2017）、苦苣苔科（Wang et al.，2006；Du & Wang，2008；Gao et al.，2008）、豆科（Feng et al.，2006；Wang et al .，2008；Xu et al.，2013）、忍冬科和川续断科（Howarth et al.，2011）、十字花科（Busch & Zachgo，2007；Bushch et al.，2012）等，甚至扩展到单子叶植物禾本科（Yuan et al.，2009；Mondragon-Palomino & Trontin，2011）、兰科（Mondragon-Palomino & Theissen，2009）等。  

 

系统发育分析表明，在被子植物进化过程中 CYC 类基因发生过两次大的复制事件，最终形成CYC1、CYC2 和 CYC3 等三大分支（Howarth & Donoghue，2006）。控制花对称性的关键基因 CYC和 DICH 均属于 CYC2 分支成员，而关于 CYC1 和 CYC3 分支功能的研究很少，其功能仍不清楚（Howarth  &  Donoghue，2006），只在拟南芥中发现 CYC1 同源基因 TB1 抑制玉米侧枝的形成（Aguilar-Martínez et al.，2007）。

Feng 等（2006）从豆科植物百脉根（Lotus japonicus）中获得了4 个 CYC 的同源基因，发现 Lj CYC2 为组成型表达，所有的花瓣均呈现背部花瓣属性；Lj CYC1 编码的蛋白质特异定位于细胞核内，起调控作用（Qin et al.，2004）；通过 RNAi 基因沉默技术抑制 3 个Lj CYC 基因的表达，会引起花背腹轴分化的丧失，所有的花瓣都与腹瓣相似（Wang et al.，2010）。在烟草中转化正义 Lj CYC3 的植株表现为花瓣和雄蕊数减少；而转化反义 Lj CYC3 的植株表现出 2朵花有一定程度的融合，花冠、萼片褪色等现象（张寒英  等，2011）。花生转 Lj CYC2 基因 T1代植株的花出现多种新的表型，如龙骨瓣翼瓣化，旗瓣消失、开裂等（温世杰  等，2015）。 

 

非洲紫罗兰（Saintpaulia ionantha）为苦苣苔科非洲苦苣苔属多年生草本喜阴植物，植株矮小，四季皆可开花，花色丰富，花与叶均有较高的观赏价值。Narendrahe 和 Mohandas（2003）利用根癌农杆菌将葡聚糖酶——几丁质酶基因转入非洲紫罗兰。本研究中通过农杆菌介导法将百脉根 Lj CYC1转入非洲紫罗兰，进一步探讨 Lj CYC1 的作用和功能，以期获得花形改变的非洲紫罗兰转基因植株，为花卉植物的花形调控提供新途径。