控制番木瓜雄蕊发育候选基因CpMYB24的功能研究

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番木瓜(Carica papaya L.)是一种具有重要经济价值的热带果树,存在三种不同的性别类型,分别是雄性、雌性和雌雄同花。其性别是由性染色体决定。本研究前期用钴60-γ射线对番木瓜进行诱变,筛选到一个由雄性变为雌性的突变体dmf2。通过全基因组测序,发现在雄性Y染色体的性别决定区域(Male-specific region of Y chromosome,MSY)有 1 Mb 片段的缺失,推测dmf2的性别转变是由于这1 Mb的缺失片段造成的。根据基因组注释,1 Mb缺失片段中存在数个编码基因,CpMYB24是其中一个转录因子类的功能基因。本研究以番木瓜CpMYB24基因为研究对象,通过CpMYB24的时空表达模式分析、拟南芥突变体回复实验、酵母双杂交和BiFC蛋白互作验证、启动子瞬时表达分析等实验揭示番木瓜CpMYB24在番木瓜中的表达和功能,并初步分析CpMYB24参与雄蕊发育网络的可能分子机理。后期试图通过番木瓜CpMYB24超表达及敲除基因实验验证CpMYB24是否参与番木瓜性别分化。1、通过RNA-Seq数据分析及定量PCR结果显示,CpMYB24在雌性株的花中不表达,而在雄性和雌雄同花植株的花中的表达水平较高。且发育的早期阶段CpMYB24在雄性和两性中表达较低,当花发育到7 mm后,CpMYB24在雄性和两性中表达明显增加。推测CpMYB24参与番木瓜雄性花、双性花发育。2、CpMYB24Y的异源表达可以部分恢复拟南芥myb21myb24双突变体雄性不育的表型,说明CpMYB24与拟南芥中AtMYB24功能相似,可能是控制雄蕊发育过程的关键基因。3、在拟南芥中,MYB24可以与MYC相互作用,共同调节雄蕊发育。本研究克隆获得番木瓜4个MYC家族成员CpMYC1、CpMYC2、CpMYC3和CpMYC4。通过酵母双杂和双分子荧光互补实验证明了蛋白CpMYB24和CpMYC3在体内外有直接相互作用。推测在番木瓜中蛋白MYB24和MYC相互作用,从而调控番木瓜雄蕊发育。4、为了寻找与CpMYB24互作的蛋白,本研究利用SMART技术构建了番木瓜雄花的酵母cDNA双杂交文库,用于筛选与CpMYB24可能的互作蛋白。结果表明该文库有较高的质量,可用于进一步筛选工作。5、利用预测软件对CpMYB24Y启动子区域的顺式元件进行预测,克隆5个不同长度的启动子缺失片段转化番木瓜,观察愈伤GUS的瞬时表达。结果显示CpMYB24Y起始密码子前2017 bp的片段能启动GUS的表达,说明调控启动活性和效率的顺式元件主要集中在启动子ATG前2017 bp,同时在ATG前217 bp的启动子已具有启动活性。6、构建CpMYB24Y CRISPR敲除载体转化雌雄同花番木瓜的愈伤。同时构建番木瓜CpMYB24Y基因过表达载体,转化雌性番木瓜愈伤组织。目前已经筛选到超表达CpMYB24Y的雌性小苗,PCR检测阳性。为验证CpMYB24在番木瓜体内的功能和进一步探究番木瓜性别决定分子机理打下坚实的基础。
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