葡萄几个重要花发育相关基因的克隆与表达分析

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葡萄是世界性的重要水果,也是我国重要的落叶果树种类之一,其适应性强、结果早、效益高,改革开放以来,我国葡萄产业发展十分迅速。长期以来,葡萄园的施肥时期不合理,尤其是农户,其施肥时期受施肥习惯和传统观念影响,没有科学依据。传统的葡萄施肥,主要依靠对叶片内矿质元素的分析进行判断和决定,当葡萄叶内某元素成份低于适量范围的下限时就应该适当进行补充该种元素。生物化学与分子生物学的理论和技术已被广泛用于疾病的诊断、治疗和预防,现代生物学技术的出现为人们在分子水平上进一步利用基因信息来定义葡萄物候期提供了可能,本文结合模式植物花发育的研究热点,对几个葡萄花发育相关的重要基因进行了研究,克隆了9个基因的全长cDNA,对其进行序列分析、亚细胞定位分析与表达分析,进而定义葡萄生长发育的关键物候期,肥料试验结果也证明了利用基因信息精确判断葡萄物候期的可行性。主要研究结果如下:1.根据Genbank上发表的7个葡萄花发育相关基因(VvAG. VvAP3. VvFLC、 VvFT、VvSOCl、VvAPl、VvFUL)的序列信息,设计了7对特异引物,并采用PCR方法对‘香悦’葡萄中的同源基因进行了扩增,将获得的各基因片段克隆至pMD18-T载体后转化E coli DH5a经PCR鉴定后进行了序列测定。将得到的7个基因的编码框序列及推导出的氨基酸序列与GenBank中公布的相应序列进行同源性比较,并构建系统进化树。从本研究发现不同葡萄品种的花发育基因存在核苷酸与氨基酸序列上的差异,表现在某些碱基发生转换与颠换以及氨基酸类型的变化。分析与多种植物同源基因的进化关系表明,7个葡萄花发育相关基因分别与不同树种的同源基因表现出较高的相似性,在进化上具有一定的随机性。2.分离和克隆重要葡萄品种‘香悦’VvAG、VvAP3、VvFLC、VvFUL、VvFT、 VvAP2和VvSOCl7个重要花发育相关基因的ORF序列,并对其进行亚细胞定位与表达分析。采用特异引物RT-PCR方法克隆基因,并用半定量PCR法研究各基因在不同组织的表达,构建亚细胞定位载体,基因枪转化洋葱表皮细胞,25℃暗培养24h后激光共聚焦显微镜下观察。对上述基因在葡萄不同组织器官中的表达水平进行分析发现,它们的表达不存在组织器官的特异性,但有表达强弱差异。其中,VvFT、VvFUL、 VvAP3在葡萄幼果中表达量最高,VvAG与VvAP2在花中表达量最高,而VvSOCl与VvFLC在幼叶中表现出最高的表达水平。VvSOCl、VvFT、VvFLC和VvAP2与GFP融合蛋白仅在核内产生绿色荧光,表现出转录因子的典型特点;而VvAG、VvFUL和VvAP3与GFP融合蛋白在细胞质膜和细胞核上均产生绿色荧光信号。这7个基因与葡萄的花与果实以及营养器官的发育都存在着相关性,7个葡萄花发育相关的转录因子都呈现出细胞核内作用的特点,但VvAG、VvFUL和VvAP3也表现出在细胞膜区域定位的现象。本研究结果为探讨葡萄花发育的分子机理和认识相关基因在葡萄生长发育过程中的作用奠定了基础。3.本试验利用荧光定量PCR技术对9个葡萄花发育相关基因在‘藤稔’葡萄夏芽成花过程中的表达进行分析。所研究的基因包括:VvAG、VvAP3、VvFLC、VvFUL、 VvFT、VvAP2、VvSOCl、VvAPl以及VvLFY。结果表明,经摘心处理的夏芽能够进行花芽分化及花芽形成,而未经处理的对照组的夏芽未形成花芽;9个基因在处理与对照夏芽及发育枝茎尖中的表达存在一定的差异,其在处理样品中的表达与拟南芥中同源基因的表达基本相符。该研究对于深入了解葡萄花发育的分子机理,相关基因在转基因中的利用以及其表达的合理调控等具有重要的理论指导意义。4.本试验利用荧光定量PCR技术对9个花发育相关基因在葡萄生长发育过程中的表达进行分析,在葡萄生殖生长过程中进行八次肥料试验,其中花前三次,花后三次,果实膨大期两次,结果表明,VvAPl、VvFUL、VvLFY在第三时期表达量最高,在花前三次施肥中以第二次施肥能明显减少落花,施肥后促进了上调基因VvAP3、 VvAPl、VvSOCl、VvFT, VvLFY的表达,抑制了下调基因VvAG、VvFLC的表达。VvAP3在第六时期表达量最高,VvAPl、VvFUL、VvSOCl、VvLFY、VvFLC、VvAG在第六时期表达量明显降低,花后三次施肥进一步证明在基因表达变化明显之前即以第五次施肥对减少落果影响最大,同时也不同程度的影响了基因的表达。VvAP3、 VvFUL、VvSOCl、VvFT, VvFLC、VvAG在第八时期表达量明显降低,第七次施肥增大了单果重与果粒大小。在分子水平上进一步揭示在基因处于活跃状态时的关键物候期施肥对基因不同时期表达量的影响,即通过对基因信息的精确分析,我们可以利用基因定义葡萄物候期。
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