【摘 要】
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甘薯[Ipomoea batatas（L.）Lam.]是世界上重要的农作物之一,也是我国第四大农作物,是具有较大潜力的生物能源植物。由于甘薯是一种六倍体植物,其基因组较为复杂,到目前为止其完整基因组的测序尚未成功。相对于其他重要农作物,甘薯众多性状发育的分子调控机制尚不明确。MADS-box基因家族是目前研究十分深入的一类调控植物生长发育的转录因子,广泛分布在动植物和真菌中。MADS-box转录因
【基金项目】
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江苏高校优势学科建设工程； 国家自然科学基金（No.31771855）；
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甘薯[Ipomoea batatas（L.）Lam.]是世界上重要的农作物之一,也是我国第四大农作物,是具有较大潜力的生物能源植物。由于甘薯是一种六倍体植物,其基因组较为复杂,到目前为止其完整基因组的测序尚未成功。相对于其他重要农作物,甘薯众多性状发育的分子调控机制尚不明确。MADS-box基因家族是目前研究十分深入的一类调控植物生长发育的转录因子,广泛分布在动植物和真菌中。MADS-box转录因子在植物中起到多种作用,参与植物分生组织的划分,花器官的形成,营养器官生长等。尽管在许多模式植物中MADS-box的研究已经十分清晰,但对于大多数非模式植物,MADS-box转录因子的生物学功能尚未被阐释。本研究以甘薯为实验材料,从多个甘薯品种的转录组数据库中鉴定到了 34个MADS-box转录因子,通过系统进化分析及表达谱分析探讨了这些基因在进化过程中所产生的分化模式,并进一步研究了两个在块根特异表达的基因在拟南芥中的生物学功能。我们的工作主要包括:1)利用甘薯转录组数据库,通过生物信息学手段,检索并分析了甘薯MADS-box基因家族,鉴定到34个具有完整编码框的甘薯MADS-box基因;利用在线软件,我们分析了这些基因的蛋白基序及基因结构;利用MEGA7.0软件,分析了它们的系统进化等。本研究的数据表明,这些MADS-box基因在序列组成、蛋白基序上存在一定程度的分化,可分为8个亚家族。2)通过转录组测序,我们分析了这些MADS-box基因的表达谱,发现它们在不同品种、不同组织器官中的表达水平存在明显的分化。根据表达谱分析结果,选择6个基因进行了实时定量PCR验证,筛选到IbMADS13和IbMADS15两个在块根中特异表达的基因。3)本研究克隆了上述两个在块根中特异表达的基因,构建了它们的双元表达载体,在拟南芥中进行组成型表达。通过对转基因拟南芥的表型分析,我们发现IbMADS13和IbMADS15基因影响了拟南芥开花,且影响效果存在多样性:其中有5个株系相对于野生型Col-0提前开花,14个株系延迟开花,其余11个株系开花时间与野生型Col-0开花时间相近。此外,晚花型的转基因拟南芥伴随有其他的表型,如多莲座叶、抽薹时间多样化、双主茎等。这些数据初步表明,IbMADS13和IbMADS15基因在拟南芥中能够行使其生物学功能,且存在基因多效性,提示了它们作为重要转录因子可能调控了多个分子途径。本论文的研究初步揭示了甘薯MADS-box基因家族的序列进化与表达谱时空分化模式,为进一步研究块根特异表达的MADS-box基因在甘薯块根形态建成中的功能提供了工作基础。
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