燕子花花期调控相关MADS-box转录因子筛选及功能验证

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燕子花(Iris laevigata)为鸢尾科(Iridaceae)鸢尾属(Iris)多年生草本,花色、花型独特,观赏价值较高,然而其花的观赏期较短,严重影响了其推广应用。通过基因工程调控植物提前或延迟开花是延长群体花期的有效方法,花期调控相关基因资源的挖掘非常必要。MADS-box转录因子家族中的许多成员参与植株开花时间调控,但目前燕子花中相关研究少见报道。本研究从燕子花花被片的转录组中进行了开花时间相关的MADS-box转录因子筛选,克隆了具有互作关系的Il SEP3(Gen Bank登录号:ON398430)、Il SVP(Gen Bank登录号:ON398431)基因并在拟南芥中异源表达进行了花期调控功能的验证;同时筛选了燕子花特异性的内参基因,为燕子花功能基因的时空定量表达研究奠定了基础。主要研究成果如下:1.首次从燕子花花被片的转录组数据鉴定出41个MADS-box转录因子,通过系统进化分析确定其中8个为I型MADS-box基因(5个属于Mα组,3个属于Mβ组);33个基因为II型MADS-box基因,其中2个为MIKC*型,31个基因为MIKCC型(包括SEP-like、AGL6-like、SQUA-like、AG-like、TM3-like、DEF+GLO-like及STMADS11-like 7个进化支)。通过基因功能预测,选择了两个可能与开花时间相关的目的基因,分别命名为Il SEP3及Il SVP。2.通过PCR扩增出Il SEP3、Il SVP基因,两基因序列分别长720bp及705bp,编码239个、234个氨基酸,蛋白分子量为27.64k Da、26.26k Da,理论等电点为8.99、6.24,为不稳定的亲水蛋白,不存在跨膜结构及信号肽;蛋白二级结构分析发现Il SEP3蛋白中α-螺旋占比51.88%,延伸链占比9.21%,β-转角占比5.02%,随机卷曲占比33.89%;Il SVP蛋白中α-螺旋占比56.84%,延伸链占比11.97%,β-转角占比3.42%,随机卷曲占比27.78%;成功构建蛋白三级结构模型;Il SEP3及Il SVP蛋白均以丝氨酸磷酸化位点为主,亚细胞定位预测蛋白定位于细胞核;系统进化分析发现,Il SEP3与鸢尾科香雪兰属杂交种及番红花亲缘关系最近,Il SVP与番红花亲缘关系最近。通过同源序列功能分析推测Il SEP3及Il SVP可能调节开花时间、花器官发育及花粉发育等过程。3.构建p GBKT7-Il SEP3载体及p GADT7-Il SVP载体,进行酵母双杂交,发现Il SEP3蛋白与ISVP蛋白能发生相互作用。4.确定Il SEP3是调控开花提前的基因,Il SVP对开花时间调控不明显:构建p CAMBIA1300-Il SEP3-GFP及p CAMBIA1300-Il SVP-GFP植物过表达载体,异源转化拟南芥获得转基因T3代株系,经表型观察及与开花相关基因q RT-PCR检测发现Il SEP3可能通过多成花途径直接或间接促进FT及SOC1等基因表达使植株提前开花,与对照相比花期提前约3 d。转Il SVP基因株系的开花时间与对照相比无显著变化。此外农杆菌瞬时转化本氏烟草,确定Il SEP3及Il SVP蛋白均定位于细胞核,与预测结果一致。5.筛选了植物中常用的8个内参基因,在燕子花11个不同的组织(4类样品组)中进行了表达稳定性比较,使用内参基因稳定性分析软件ge Norm、Norm Finder及Best Keeper分析获得8个基因在4类样品组中的综合排名,结合ge Norm评估的各样品组适用内参基因数量,确定所有样品组(11个组织同时比较)中最适内参基因为PP2A、AP-4及CYP;不同开花时期样品组(花苞期、初花期、盛花期及末花期的花)中最适内参基因为PP2A、GAPDH;不同花器官样品组(盛花期的外花被、内花被、雄蕊、雌蕊及子房)中最适内参基因为GAPDH及PP2A;不同组织部位样品组(叶、花葶、盛花期的花)中最适内参基因为AP-4及PP2A。
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