【摘 要】
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MADS-box基因作为一类实行调控功能的转录因子在被子植物花器官发育过程中具有重要意义。该基因作为花器官身份基因,被分为A、B、C、D、E五类,其编码的蛋白质可以形成不同的蛋白多聚体,结合在DNA上影响下游各类花器官特征基因的表达,来决定不同花器官的形成。本研究利用生物信息学分析方法,对牛樟、鹅掌楸、蜡梅、鳄梨、胡椒、马兜铃和玉兰等木兰类植物的MADS-box基因进行鉴定和分析,研究MADS-b
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MADS-box基因作为一类实行调控功能的转录因子在被子植物花器官发育过程中具有重要意义。该基因作为花器官身份基因,被分为A、B、C、D、E五类,其编码的蛋白质可以形成不同的蛋白多聚体,结合在DNA上影响下游各类花器官特征基因的表达,来决定不同花器官的形成。本研究利用生物信息学分析方法,对牛樟、鹅掌楸、蜡梅、鳄梨、胡椒、马兜铃和玉兰等木兰类植物的MADS-box基因进行鉴定和分析,研究MADS-box各亚家族基因在木兰类植物中的进化模式;获取蜡梅和鹅掌楸的转录组数据,对木兰类植物MADS-box基因家族表达情况进行了分析。主要结果如下:1.在2种早期被子植物、3种双子叶植物、3种单子叶植物和7种木兰类植物中共鉴定筛选得到940条MADS-box基因。同时,基于转录组数据信息,还在木兰类植物中鉴定得到364条MADS-box基因。发育树拓扑结构显示,MADS-box基因的I型和II型明显分为了两大支,其中I型MADS-box分为了α、β、γ三类,II型MADS-box进一步分为15类:SEP、AGL16、AP1\FUL、FLC、AG、SOC1、SVP、AGL15、ANR1、TM8、AGL12、Os MADS32、AP3、BS、MICK*。MADS-box基因各亚家族分支基因在木兰类植物中广泛存在,亚家族分支的进化主要是来源于被子植物共同的基因复制事件。木兰类植物整体并未发生特异性的基因重复事件,只在其内部存在一些由种内或种间共同的全基因组复制事件（Whole-Genome Duplication,WGD）产生的基因复制。2.为探究木兰类植物MADS-box基因是否存在结构变异,对木兰类植物MADS-box蛋白序列进行保守Motif分析和基因结构分析,结果表明木兰类植物的MADS-box基因结构比较保守,含有典型的MADS和K-box结构域,不同分支间序列结构的差异较少。3.通过分析MADS-box基因在蜡梅和鹅掌楸中不同组织器官的表达数据,可以明确出木兰类植物中的“ABCDE”功能基因:A功能基因为AGL6基因;B功能基因是AP3和PI基因;C功能基因和D功能基因同是AG基因;E功能基因是SEP基因。鹅掌楸中A和B功能基因的表达范围都出现了扩展,因此产生了A和B功能基因重叠的表达模式。与核心真双子叶植物相比,MADS-box基因在木兰类植物的花器官中具有更广范围表达,其表达模式与来自早期被子植物花器官发生特性的边界衰减模型（fading borders model）类似,是一种更原始的表达模型。4.为探究木兰类植物MADS-box基因的功能分化情况,对木兰类植物MADS-box蛋白进行了富集分析,结果显示大部分基因作用于花的生长发育和RNA聚合酶II对转录的正调控过程。蛋白互作关系分析的结果表明各类MADS-box蛋白之间都存在着密切的相互作用,对应了MADS-box蛋白总是形成多聚体来发挥功能的特性。本研究阐述了木兰类植物MADS-box基因家族较为保守的进化位置,构建了木兰类植物ABCDE功能基因独特的表达模式。进一步证实了木兰类植物在被子植物进化中比较原始的系统位置,增加了对被子植物花器官的研究了解。为研究被子植物的进化问题,揭示“恼人之谜”的发生过程提供了重要理论价值。
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