毛酸浆(Physalis Pubescens)花器形态与宿萼发育的研究

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毛酸浆(Physalis pubescens)是茄科(Solanaceae)药食同源半栽培水果,其膨大宿萼形成“灯笼罩”包被果实,具有保护果实防止机械、昆虫损伤和农药污染功能,与茄科模式植物番茄(Solanum lycopersicum)花萼表型差异的机制还不太清楚。基于此,本研究利用SNP(Single Nucleotide Polymorphism)标记确定毛酸浆在茄科中分类地位基础上,通过比较生物学手段研究了毛酸浆(引自哈尔滨)与樱桃番茄22号(Solanum lycopersicum var.cerasiforme No.22)(黄果)花萼形态、显/超微结构动态变化及相关基因的表达,并得到如下结论:1).基于nr DNA-ITS(Nuclear ribosome deoxyribonucleic acid internal transcribed space)、GBSSI(Granule-bound starch synthase)和trn L-F(Transfer ribonucleic acid leucine—transfer ribonucleic acid phenylalanine)在茄科及拟南芥(Arabidopsis thaliana)垂直进化差异,估测了毛酸浆与其他包括2个科5个属14个种17份材料的亲缘关系,结果显示毛酸浆与黏酸浆(P.ixocarpa)亲缘关系最近,遗传距离为0.056,而与拟南芥(Arabidopsis thaliana)和细叶番茄(Solanum pimpinellifolium)亲缘关系最远,遗传距离分别是0.535和0.175;而基于靶DNA片段nr DNA-ITS、GBSSI和trn L-F垂直进化差异所构建系统进化树显示,毛酸浆始终与酸浆属的黏果酸浆和酸浆(P.alkekengi)归为同一亚组,而远离番茄亚组。2).毛酸浆与番茄花均包括由外至内的花萼、花瓣、雄蕊和雌蕊4轮结构。其中二者最大的区别是前者宿萼膨大形成“灯笼罩”包被果实,并且中线突起成棱,后者仅缓慢生长成果蒂。毛酸浆花药淡紫色,顶颈可育背侧开裂散粉,而樱桃番茄黄色花药,顶颈不育腹缝开裂散粉;前者小孢子发育后期散粉比后者快。毛酸浆淡黄花瓣喉部有“眼状”紫纹,而樱桃番茄黄色花瓣为披针形。开花前,毛酸浆和樱桃番茄花萼的生长速度均较慢,而自开花后7 dpa(days post anthesis)毛酸浆花萼迅速膨大。显微结构结果显示,毛酸浆花萼表皮细胞和薄壁组织细胞间隙在5dpa后快速变大,使其成为“灯笼罩”形包裹果实。同时,与番茄不同,在毛酸浆花萼内表皮无表皮毛着生。3).分析与花萼发育相关基因MPF2、MPF3和Pf AGL1以及与MPF2互作蛋白的编码基因Pf AGL6、Pf-SEP1、Pf-SEP3表达显示MPF3、PfSEP1和Pf-SEP3对花萼发育表现为负向调控,而MPF2和Pf AGL1和表现为正向调控。Pf AGL6可能调控毛酸浆“灯笼罩”结构形态建立。本研究的结果将为后续毛酸浆或植物萼片发育ICS(Inflated Calyx Syndrome)表型形成的分子机制做前期必要的工作。
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