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两侧对称花型被认为是从辐射对称花型多次独立进化而来的。豆科模式植物百脉根的两侧对称花由沿背腹轴排列的旗瓣(背部花瓣)、翼瓣(侧部花瓣)和龙骨瓣(腹部花瓣)等三枚不同形态的花瓣构成。是什么分子机理决定了不同的花瓣沿背腹轴发育成特定形态花瓣?不同花瓣的形态发育与细胞的分化是什么关系?这些都是本论文研究希望探讨的问题。
对模式植物玄参科的金鱼草研究表明:金鱼草中两侧对称花的发育与CYC、DICH、RAD和DIV等四个基因所参与的遗传网络有关。玄参科金鱼草与豆科百脉根的两侧对称花被认为是各自独立进化而来的,两个物种的花瓣内部对称性排布模式也有很大差别。我们实验室已有的工作证明,在百脉根中CYC同源的基因LjCYC2参与了背部属性的建立,而且还存在一个独立的侧部因子KEW参与侧部属性的发育。
本文对百脉根CYC/TB1亚家族三个成员(LjCYC1、LjCYC2和LjCYC3)功能进行探讨。首先对百脉根遗传转化系统进行了优化,提高了转化频率,减少了假阳性比例。针对LjCYC1、LjCYC2和LjCYC3三个基因读码框的DNA序列,选择保守性不同的6个区段构建了RNAi载体;转化百脉根野生型和突变体kew1(共9种转化组合);获得了LjCYC1、LjCYC2与LjCYC3基因表达被特异抑制的转基因材料以及LjCYC1与LjCYC2,LjCYC2与LjCYC3,LjCYC1与 LjCYC3,LjCYC1,LjCYC2与LjCYC3等不同组合基因表达被抑制的转基因材料。
通过比较野生型、kew1突变体以及转基因植株花瓣的形态以及表皮细胞类型,我们发现:LjCYC1和LjCYC2以冗余方式共同作用决定花器官发育的背部属性;LjCYC3主要决定侧部属性;LjCYC三个基因表达下调导致所有花瓣呈现腹部属性;LjCYC三个基因行使功能决定花瓣形态发育的方式与花瓣中不同类型细胞和不同亚区域的分化有关。本实验得到了LjCYC1、LjCYC2和LjCYC3表达均下调的转基因株系L1+2Ri/kew1,该植株所有花瓣呈现腹部属性,出现了花瓣形态全是龙骨瓣状的非对称花瓣,花型也从两侧对称转化为无对称面;这种花型表明,在LjCYC1、LjCYC2和LjCYC3等三个基因全失活的情况下,龙骨瓣状花瓣应该是一个基准状态。本文的结果提示,豆科两侧对称花的进化历程中存在无对称面的花和原初两侧对称花的演化,这两种类型花的进化可以是独立发生的。