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三倍体枇杷花期调控基因 EjSPL5 的克隆、亚细胞定位及表达分析

中文标题:三倍体枇杷花期调控基因 EjSPL5 的克隆、亚细胞定位及表达分析

文章作者:孙伟雄  石 敏  薛宝贵

发表单位:西南大学农业科学研究院

发表期刊:园艺学报

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研究摘要:

本研究中首次从三倍体枇杷‘Q27’中分离得到SPL基因家族的EjSPL5,该基因编码的氨基酸序列与苹果、拟南和金鱼草均具有保守的SBP结构域。编码的EjSPL5蛋白包含1个由79个保守氨基酸残基构成的SBP结构域,该结构域为典型的锌指结构,包含Cys-Cys-His-CysCys-Cys-Cys-His两个锌指结构位点,且在SBP结构域的C端有1个与第2个锌指结构有部分重叠的核定位信号。研究表明,金鱼草AmSBP1和AmSBP2均含有两个锌指结构,并且存在C3H或C2HC序列模型;同时,在梨和猕猴桃的研究中也证明SBP结构域含有两个锌指结构和1个核定位信号。研究表明拟南SPL3、SPL4和SPL5和金鱼草SBP1和SBP2同源性较高。其中,AtSPL5在调控拟南营养生长到生殖生长转变,以及开花期起重要作用,AmSBP1和AmSBP2在花发育调控过程中均具有重要作用。系统进化树分析表明,EjSPL5和苹果MdSPL5同源蛋白聚类较近;这与传统分类学上枇杷与苹果同属于苹果亚科相吻合。EjSPL5在三倍体枇杷不同组织中均有表达,并且在萼片中的表达量最高,表明EjSPL5可能参与花器官形成和发育调控。前人研究表明,SPL转录因子参与维持植物生殖能力及萼片等花器官的伸长,以及维持雄性的可育性。EjSPL5在二倍体和三倍体枇杷的早、晚花品种中的表达特征表明,其花发育的前6个时期表达较高,花蕾露白期和盛花期的表达量较低,其中在花芽形态分化期的表达量显著增加。这与前人的研究相符合,表明EjSPL5参与花期调控可能发生在花芽分化阶段。同时,本研究中发现EjSPL5在三倍体和二倍体枇杷花发育不同时期的表达模式显著不同,其中在三倍体枇杷花芽形态分化期的表达量最高,而在二倍体枇杷在花序侧生支轴快速伸长期表达量最高。由此推测三倍体枇杷在花芽形态分化期EjSPL5的表达量增加可能导致其花芽提前分化,进而促进其早花。类似地,有研究表明,三倍体枇杷基因组发生大量的遗传变异和DNA甲基化修饰导致三倍体中大量基因呈现加性表达模式,导致其生长势显著高于二倍体枇杷。

研究结果:

亚细胞定位

研究结论:

本研究中还发现在早花枇杷中EjSPL5的表达量在各发育时期要高于晚花枇杷,尤其在花芽形态分化期EjSPL5的表达量要高于晚花枇杷。已有研究表明,不同早晚花枇杷品种间花期差异的原因是花芽分化的起始时间和花序发育的快慢不同。有研究表明,拟南中过表达AtSPL5可促进植株早花。由此,推测SPL5同源基因可能具有促进植物早花的作用。通过亚细胞定位试验表明EjSPL5定位在细胞核,这与报道中早熟PpSPL4定位在细胞核中的结果相一致,说明EjSPL5作为一种典型的转录因子基因,在细胞核中行使其功能。目前,三倍体枇杷花期调控的分子机制尚不清楚,本研究中从三倍体枇杷‘Q27’克隆得到EjSPL5基因,进而探讨了EjSPL5在三倍体和二倍体枇杷的早、晚花品种花发育过程中的表达模式差异,初步推测了EjSPL5在三倍体枇杷花发育过程中的作用。本研究的不足之处在于,缺乏EjSPL5转基因拟南植株功能验证,作者将通过蘸花侵染法获得EjSPL5转基因拟南植株对其生物学功能做进一步的研究。

三倍体枇杷花期调控基因 EjSPL5 的克隆、亚细胞定位及表达分析
本研究中首次从三倍体枇杷‘Q27’中分离得到SPL基因家族的EjSPL5,该基因编码的氨基酸序列与苹果、拟南芥和金鱼草均具有保守的SBP结构域。编码的EjSPL5蛋白包含1个由79个保守氨基酸残基构成的SBP结构域,该结构域为典型的锌指结构,包含Cys-Cys-His-Cys和Cys-Cys-Cys-His两个锌指结构位点,且在SBP结构域的C端有1个与第2个锌指结构有部分重叠的核定位信号。
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