全 文 ：分子植物育种，2012年，第 10卷，第 3期，第 345-348页
Molecular Plant Breeding, 2012, Vol.10, No.3, 345-348
研究报告
Research Report
风信子 HoSEP1在叶与花器官之间的同源转化中的作用
左曼曼 闫辉 于淑惠 郎庆雯 樊金会 *
山东农业大学林学院,泰安, 271018
*通讯作者, hjf2003@sdau.edu.cn
摘 要 风信子MADS盒基因 HoSEP1为拟南芥(Arabidopsis thaliana) SEP的同源基因。为了研究 HoSEP1
在叶与花器官之间同源转化中的作用，利用已经构建的 HoSEP1表达载体对矮牵牛(Petunia hybrida)进行遗
传转化。通过 RT-PCR (reverse transcription PCR)对 HoSEP1的转基因植株进行检测，并对离体条件下的形态
发生进行分析，从而确定 HoSEP1的功能。结果显示转基因植株叶片在离体条件下生成花瓣状的叶片和心皮
状结构。证明超表达 HoSEP1实现了叶片转化为花瓣(冠)和心皮间的同源转化，为 HoSEP1在花发育中的分
子机理提供新的理论依据。
关键词 风信子, HoSEP1,叶片,花器官,同源转化
The Effect of HoSEP1 in Homologous Transformation between Leaf and
Lloral Organs of Hyacinth
Zuo Manman Yan Hui Yu Shuhui Lang Qingwen Fan Jinhui *
College of Forestry, Shandong Agricultural University, Taian, 271018
*Corresponding author, hjf2003@sdau.edu.cn
DOI: 10.3969/mpb.010.000345
Abstract MADS box gene HoSEP1 from Hyacinth (Hyacinthus orientalis) is homologous to gene SEP from
Arabidopsis thalianas. In order to study the effect of this gene in homeotic transformation between leaf and floral
organs, Petunie hybrida was genetically modified with using the expression vector of HoSEP1 which had been
build. ThroughRT-PCR transgenic plants with HoSEP1 gene were detected and the morphogenesis of them in vitro
was analyzed to determine the function of HoSEP1. The results show that the leaves of transgenic plants in vitro
are petal-like and have carpel-like structures. This prove that overexpression of HoSEP1 has realized the homeotic
transformation from leaf to flower, and this research provides new proof to the molecular mechanism of HoSEP1
in flower development.
Keywords Hyacinth (Hyacinthus orientalis), HoSEP1, Leaf, Floral organ, Homeotic transformation
在高等植物的生命进程中，花的形成是一个重要
的发育阶段。人们一直对花发育的研究十分感兴趣。
前人通过研究模式植物金鱼草、矮牵牛和拟南芥花同
源异形突变体，提出花器官发育的模型为 ABCDE模
型(Colombo et al., 1995; Coen and Meyerowitz, 1991;
Pelaz et al., 2001; Thei覻en, 2001; Honma and Goto,
2001; Jack, 2004)。
2001 年 SEP 基因被正式确定为 E 类基因
(Thei覻en, 2001)。E功能基因在模型中具有十分重要
的作用，E和 A功能基因调控萼片的发育，E和 A、B
功能基因调控花瓣的发育，E和 B、C功能基因调控
雄蕊的发育，E和 C功能基因调控心皮的发育，C、D
和 E功能基因调控胚珠的发育(Colombo et al., 1995;
Coen and Meyerowitz, 1991; Pelaz et al., 2001; Thei覻en,
2001; Honma and Goto, 2001; Jack, 2004)。
早在 200多年前，Goethe提出假设花是由变态
的叶发育而来的。超表达 ABC基因并不能实现叶到
花器官的转化，如过量表达 AP3 和 PI，会使花的四
轮花器官从内到外依次为雄蕊、雄蕊、花瓣、和花瓣，
而叶片没有或有轻微的向叶片转化的趋势，这种现
象说明花瓣和雄蕊的特征可能是由 AP3和 PI以及
存在于花内的正调节因子共同决定的，或花外可能
存在一抑制 AP3 和 PI 的功能的基因 (Honma and
Goto, 2001)。实验结果表明前一种假设是正确的，叶
转变成花瓣是 35S 启动子过量表达 AP3-PI-SEP3、
AP1-PI-SEP3或 AP1-AP3-PI-SEP3引起的；叶片转换
成花雄蕊是过量表达 PI-AP3-SEP3-AG引起的，叶片
转化成心皮是过量表达 SEP3-AG的结果，说明 SEP
和 ABC基因在叶片转化成花器官的转化中共同起作
用，进而支持Goethe的假设(Honma andGoto, 2001)。
本研究利用已经构建的 HoSEP1表达载体对矮
牵牛进行遗传转化。通过 RT-PCR对 HoSEP1的转基
因植株进行检测，并对离体条件下的形态发生进行
分析，从而确定 HoSEP1的功能。
1结果与分析
1.1 HoSEP1 表达的 RT-PCR (reverse transcription
PCR)检测
经RT-PCR检测，HoSEP1在分化培养基和生根
培养基中生成的花瓣状叶片中表达，在野生型植株
的叶片中不表达(图 1A)，说明转化成功。FBP1为矮
牵牛 2、3轮花器官特征基因(Angenent et al., 1992)，
仅在花冠和雄蕊中表达(图 1B)。在野生型花瓣、
BDM(分化培养基)和 RM(生根培养基)上生成的花
瓣状叶片中可以检测到 FBP1的表达，而在野生型叶
片中并没有检测到 FBP1的表达(图 1C)，可以说明花
瓣状叶片可能是花瓣。
1.2转基因植株叶片在分化培养基上的形态变化
在分化培养基上，野生型矮牵牛的叶外植体仅
能分化出营养芽。对野生型植株和转基因植株的叶
片外植体同时进行芽再生，结果显示转基因植株的
叶片外植体发育成的“芽”形态和野生型植株的叶片
外植体发育成的芽形态具有显著的区别。这种区别表
现为：第一，发育出和野生型芽体类似的“芽”(图 2A)；
第二，发育出大量呈棒状结构的芽体(图 2B)；第三，发
育出两个合生心皮形成的子房状结构的芽体(图 2C)；
第四，发育成的和野生型芽体类似的“芽”分化出的
“叶片”逐渐显示出花瓣的形态特点。实验结果表明，
在分化培养基上，超标达 HoSEP1会促使叶片外植体
分化出类似花器官的结构。
1.3转基因植株再生芽在生根培养基上的形态变化
在芽体从愈伤组织分化出的较早阶段，将再生
芽转入生根培养基。在生根培养基上，野生型再生芽
不发生愈伤组织，可在一周内生成不定根。转基因植
株的部分芽体首先会在基部长出大量的愈伤组织，
其可以进一步分化出表现为玉白色半透明状的心皮
图 1转 35S::HoSEP1矮牵牛植株 RT-PCR检测
注: M: Marker DL2000; A:转基因植株的 RT-PCR检测;材料
取自于野生型植株叶片(1泳道)、在分化培养基(BDM)上生成
的花瓣状叶片(2、3泳道)和在生根培养基(RM)上的花瓣状叶
片(4、5泳道); B:野生型矮牵牛中 RT-PCR检测到 FBP1在花
瓣(3泳道)和雄蕊(4泳道)中表达，而在叶片(1泳道)、花萼(2泳
道)、心皮(5泳道)和胚珠(6泳道)中不表达; C: RT-PCR检测到
FBP1在 BDM (3、4泳道)和 RM上生成(5、6泳道)的花瓣状叶
片中表达，在野生型花瓣中(1泳道)检测到该基因表达而在野
生型叶片(2泳道)中则未能检测到
Figure 1 RT-PCR detection of Petunia transgenic plants with 35S::
HoSEP1
Note: M: Marker DL2000; A: RT-PCR detection of transgenic
plants; Leaves picked from wild type plants (1 lane), petal-like
leaves picked from transgenic plants grown on BDM (2-3 lanes)
and RM (4-5 lanes); B: In the wild type Petunia, with RT-PCR
FBP1 expression was detected in petal (3 lane) and stamen (4
lane) but was not detected in leaf (1 lane), calyx (2 lane), carple
(5 lane) and ovule (6 lane); C: With RT-PCR , FBP1 expression
was detected (above) in petal-like leaf materials of different trans-
genic regenerated buds grown on BDM (2-3 lanes)and RM (4-5
lanes), in contrast to the expression in the petal of wild type (1
lane) and the leaf of wild type (2 lane)
状结构(图 3A)。部分的转基因植株芽体转入生根培
养基后，芽体的绿色“叶片”快速转变为玉白色半透
明花瓣状结构，整个芽体像花瓣状叶片集生在抽生
茎上(图 3B;图 3C)，花瓣状叶片常出现两枚合生的
风信子 HoSEP1在叶与花器官之间的同源转化中的作用
The Effect of HoSEP1 in Homologous Transformation between Leaf and Lloral organs of Hyacinth 346
分子植物育种
Molecular Plant Breeding
图 2矮牵牛 35S::HoSEP1转化再生芽体
注: A:与野生型相似芽体; B:棒状结构的芽体; C:一种畸形芽
体,类似于 2心皮组成的子房状结构; D:与野生型相似芽体
发育成的花瓣状的玉白色叶片
Figure 2 Regenerated buds of Petunia during 35S::HoSEP1 trans-
genic process
Note: A: A bud like the wild type; B: Rod-like buds; C: An ab-
normal bud similar to an ovary composed of two carpels; D:
Petal-like jade white leaves developed by a bud like the wild type
现象(图 3D)。实验结果表明，在生根培养机上，超表
达 HoSEP1可使叶片转化成花器官的结构。
2讨论
与野生型对照，在分化培养基上超表达 HoSEP1
转化植株分化出的花瓣状叶片芽和野生型植株分化
出的再生芽的形态发生了显著变化，在生根培养基上
转基因植株和野生型植株再生芽的形态发育也有明
显的不同，证明超表达 HoSEP1实现了叶片转化为花
瓣和心皮。在花器官 2、3轮特异表达的基因 FBP1，在
分化培养基和生根培养基上形成的花瓣状叶片和中
也表达，两种培养基上上出现心皮状的结构都说明叶
片在形态上或性质上转化成了花瓣和心皮。
在离体条件下，超表达 HoSEP1 单一基因就能
实现叶片向花器官的转化，ABC 模型对这种花器
官的发育并不能作出解释。对这种现象，目前可能
的解释是，HoSEP1 基因的超表达促进矮牵牛 LFY
同源基因的表达，LFY同源基因可能会进一步激活
矮牵牛 AG、PI/AP3和 AP1同源基因的表达，促使
矮牵牛出现 AP1-PI-AP3-SEP3 和 SEP3-AG 超表达
的情形。但是若如此，超表达 HoSEP1 理应出现同
样的叶与雄蕊的转化，却没有。这种现象需要做进
一步的研究。
3材料和方法
3.1 实验材料
风信子(Hyacinthus orientalis L.)‘Deft Blue’，矮
牵牛(Petunia hybrida)，均由山东农业大学实验基地
提供；HoSEP1的农杆菌的菌株由本实验室提供。
3.2矮牵牛的遗传转化
首先获得无菌苗叶片进行预培养 3 d；收集菌种
农杆菌菌种 pBI121-HoSEP1备用；用菌种侵染预培
养 3 d的矮牵牛无菌苗叶片并培养。训化和移栽无菌
苗叶片：将试管苗炼苗，两周后移栽入土。
3.3 转基因植株的 RT-PCR (reverse transcription
PCR)检测
以野生型和转基因矮牵牛分化培养基花瓣状叶
片、生根培养基上花瓣状叶片为材料按照试剂盒说
明书步骤分别提取总 RNA。然后按照反转录试剂盒
说明书步骤分别反转录获得 cDNA。以反转录产物作
图 3转 35S::HoSEP1矮牵牛再生芽在 RM上转化成的花器官。
注: A:愈伤组织分化出的玉白色半透明的心皮状结构; B:芽
体上着生花瓣状叶片; C:花瓣状叶片先为绿色,后半透明状玉
白色,并伴有紫红色; D:并列合生的花瓣状叶片
Figure 3 Floral structures transformed from Regenerated bud
structuresof transgenic Petunia in vitrowith 35S::HoSEP1 on RM
Note: A: Jade white translucent carpel-like structures differentiated
from callus; B: A bud seems like a flower; C: Petal-like leaves
changed from green into translucent jade white with purple; D: A
couple of leaves transformed into a partiallygamopetalous structure
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风信子 HoSEP1在叶与花器官之间的同源转化中的作用
The Effect of HoSEP1 in Homologous Transformation between Leaf and Lloral organs of Hyacinth
为模板，采用拟南芥 SEP 类的兼并引物 (SEP-3：
5-AA(A/G)AA(A/G)GC(A/T/C/G)TA(T/C)GA(A/G)
(T/C)T-3；SEP-5：5-GA (A/G) (A/C)G (C/G)TA (T/C)
CA(A/G)(A/C)G(A/T/C/G)TG-3)和特异引物(FBP1-
3：5-ATGGGGAGAGGAAAGATAG-3；FBP1-5：5-
TTGATAGCACAAAATACAA-3)进行 PCR扩增，电
泳和拍照并对结果进行分析。
3.4观察转基因植株的形态变化
以矮牵牛 HoSEP1转基因植株和野生型植株的
叶片为外植体，在 BDM培养基上进行组织培养并观
察其形态变化状况。以矮牵牛 HoSEP1转基因植株和
野生型植株的再生芽为外植体，在 RM培养基上进
行组织培养并观察其形态变化。
作者贡献
左曼曼是本研究的实验设计和实验研究的执行
人；闫辉完成数据分析，论文初稿的写作；于淑慧，参
与研究实验及结果分析；郎庆文参与论文的修改和
校对工作；樊金会是项目的构思者及负责人，指导实
验设计，数据分析，论文写作与修改。全体作者都阅
读并同意最终的文本。
致谢
本实验室师兄，师姐在文章修改方面提出了宝
贵意见，再次表示衷心的感谢！
参考文献
Angenent G.C., Busscher M., Franken J., Mol J.N., and Tunen A.
J., 1992, Differential expression of two MADS box genes in
wild-type and mutant petunia flowers, Plant Cell, 4(8): 983-
993
Coen E.S., and Meyerowitz E.M., 1991, The war of the whorls:
genetic interactions controlling flower development, Nature,
353(6339): 31-37
Colombo M., Maggioni A., Zanini A., Rangoni G., Scalambrino
S., and Mangioni C., 1995, A randomized trial of open
versus closed vaginal vault in the prevention of posto-
perative morbidity after abdominal hysterectomy, Am. J.
Obstet. Gynecol., 173(6): 1807-1811
Honma T., and Goto K., 2001, Complexes of MADS-box
proteins are sufficient to convert leaves into floral organs,
Nature, 409(6819): 525-529
Jack T., 2004, Molecular and genetic mechanisms of floral
control, Plant Cell, 16(S): 1-17
Pelaz S., Gustafson-Brown C., Kohalmi S.E., Crosby W.L., and
Yanofsky M.F., 2001, APETALA1 and SEPALLATA3
interact to promote flower development, Plant J., 26 (4):
385-394
Thei覻en G., 2001, Development of floral organ identity: stories
from the MADS house, Current Opinion in Plant Biology, 4
(1): 75-85
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