非洲紫罗兰转基因植株的3个表型

转基因植株的表型

 

 

本试验所用的野生型非洲紫罗兰（图5，A；图6，A）花色为紫色，花瓣呈辐射对称，花从外向内依次由4轮花器官组成：第1轮花萼一般为5枚或6枚；第2轮花冠基部合生，花瓣为5瓣或6瓣；第3轮雄蕊与花瓣数相符，其中部分发育不良；第4轮1枚雌蕊。

 

转LjCYC1基因植株花结构受到不同程度的影响，主要有以下几种表型变化：（1）花的对称性明显改变，由辐射对称变为两侧对称（图7，A~C），出现频率为14.3%（表2）；（2）花瓣向花冠基部裂开，且花瓣数减少（图7，D、E），出现频率为57.1%；（3）部分或全部雄蕊花瓣化（图5，B~D），出现频率为17.1%；（4）雌蕊花瓣化或退化（图5，C、D）；（5）部分花萼变成花瓣（图6，B），出现频率为7.1%；（6）花萼数由野生型的5枚或6枚减少为4枚（图6，C），出现频率为7.1%。

 

在花4轮结构中表型变化最明显的是2、3轮，其出现频率达到70%以上。这些变化表明LjCYC1影响了非洲紫罗兰花的表型，使花4轮结构都有不同程度的改变。

 

Wang等（2010）的研究结果表明，百脉根LjCYC1和LjCYC2在控制背部花瓣发育中功能上是冗余的，LjCYC3在侧瓣属性控制中起关键作用。Feng等（2006）的研究结果表明在百脉根中组成型表达LjCYC2使所有的花瓣均呈现背部花瓣属性，而该基因的突变体则表现为背部花瓣形状的改变及表皮细胞类型侧部化。在花生转LjCYC2基因的植株中观察到，在T1代转基因植株中大部分变异花的背部花瓣（旗瓣）形状有所改变，有向内凹陷的趋势，1.5%的花表现为旗瓣消失；在T2代转基因植株中则所有的变异花都具有两个背部花瓣（温世杰等，2015）。

在烟草中转化正义LjCYC3植株表现为花瓣和雄蕊数减少；而转化反义LjCYC3的植株表现为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）。兰花CgAGL6转化烟草，转化植株的雄蕊出现花瓣化现象（胡立霞等，2011）。

 

本研究中所用的表达载体由烟草花叶病毒35S启动子启动，属于植株组成型启动子，可以不受外界环境条件的影响调控基因表达，几乎在所有植物的不同组织中都能表达。RT-PCR检测结果显示，外源LjCYC1在非洲紫罗兰的根、叶、花序梗、花萼、花瓣、雄蕊、雌蕊都高效表达，也验证了这一点。在LjCYC1转化非洲紫罗兰的T1代植株中观察到不同花型变异的花。

这些花型的变异主要包括两种类型，一是花对称性的改变，由野生型的辐射对称花变为两侧对称花，甚至出现有明显背腹之分的花；二是花器官形态的改变，如花瓣向花冠基部裂开，雄蕊、雌蕊、花萼花瓣化。

这些花型的变化可能是转基因共抑制所导致的，即转入的LjCYC1可能抑制了非洲紫罗兰中内源的决定花对称性的CYC类基因（如SiCYC1A和SiCYC1B）的表达，使非洲紫罗兰的花由辐射对称变为两侧对称；也可能通过改变非洲紫罗兰内源控制花器官属性基因（如B类和C类基因）的表达，从而影响花器官的发育，由于影响程度不同使得花器官形态的变异呈现多种表型。

 

本研究结果表明，转入百脉根LjCYC1可以改变非洲紫罗兰花的对称性，使雄蕊、雌蕊花瓣化，这为培育两侧对称花或重瓣花的非洲紫罗兰新品种奠定了基础。