全 文 ：植物生理学通讯 第 43卷 第 3期 , 2 007 年 6 月 4 6 9
簸箕柳 A 3P 同源基因 sS 泪叭D S 的克隆与特性分析
陈英 , 关亚丽 , 程强 , 曹友志 , 黄敏仁 ’
南京林业大学林木遗传和基因工程重点实验室 , 南京 2 10 0 37
提要 : 用 c D N A 末端快速扩增 (ar p id一 a m lP if ca ti on of c D N A en ds , RA C )E 方法从簸箕柳雄花序中克隆了一个 A丹 同源基因的 c D N A , 长 8 26 b p , 包括完整的编码区 、 5 , 一u T R 和 3’ 一UT R , 并将其相应的基因命名 为 5 `胭叭 D s 。 该基因由 7 个外显
子和 6个内含子组成 , 编码 区长 723 bP , 编码 2 41 个氨基酸 , 其N 一端具有典型的 M A D s保守结构域 。 序列分析表明 , 53胭俩。 S
编码的氨基酸序列与毛果杨 (尸即 ul us itr ch co a rP ) ” 3 同源蛋白有 95 7 % 相似性 , 与其他几种柳属植物的 A 3P 同源蛋白相
似性达% . 1%刁 .9 6% . 实时定量 R T 一P c R表明 , ``期伪。 ￡在叶 、 茎和根中表达量极低 , 在花序中表达量较高 , 并且其表达
量在花器官的早 中期发育阶段逐步提高 , 说明该基因在簸箕柳花器官的发育中起作用 。
关键词 : 簸其柳 ; sS M A D ;S A尸了; 实时定量 R T 一 P C ;R 系统进化树分析
C l o n i n g a n d C h a r a c t e r A n a l y s i s o f S a滋 s u e h o w e n s is A 3P H o m o l o g u e G e n e
sS 别性D S
e H EN 叭n g , e u A N h 一L i , e H阴 0 Q ian g , e A o 物 u 一 z hi , H U A N G M in 一 R e n ’
犬七夕加b o ar ot yr of OF er s t G e n e t ic s a nd G e n e nE g i n e e ir n g, aN nj in g OF er s ytr nU i v e sr i yt , aN nj in g 2 100 3 7, hC in a
A b s t r a e t: A n e w A P了 h o m o l o g u e g e n e e D N A , n a m e d S s M A D S w a s e l o n e d b y R A C E m e t h o d fr o m m a l e
i祖 o er s e e n e e o f aS l ix s u e h o w e n s i s , i t h a s 7 e x otr n s an d 6 i n otr n s . hT e fu l l l e n g ht e D N A o f 5 5初 rA D S 15 8 2 6 b P
l o n g
,
i n e l u d i n g t h e w h o l e e o d i n g r e g i o n a n d s
’ 一
U T R a n d 3
’ 一
U T R
.
T h e e o d i n g r e g i o n o f 7 3 2 b P e o d e s fo r a
P o ly P e P t i d e o f 2 4 1 a m i n o a c i d s
, e o n t a i n i n g a t y Pi e a l M A D S
一 e o n s e r v e d d o m a i n i n N
一 e n d s
.
I t s a m i n o a e i d
s e q u e n e e s h o w s 9 5
.
7% id e n t i t y t o t h at o f P op
u l u s t r i e h o c a rP A P 3 h o m o l o g u e g e n e P 7’D , a n d 9 6 . 1%一9 9 . 6%
id e n it t y t o th e P r o t e i n s o f aS l ix A P了 h o m o l o g u e g e n e s
.
I t s e x P r e s s i o n q u an t i t y 15 v e yr l o w i
n l e a f
, s h o o t a n d
or o t
,
b u t v e yr h ig h i n i n fl oer
s e e n e e a s d em o n s tr a et d b y er al
一
time q
u
an it at t i
v e Rl ’-P C R an al y s i s , an d ht e q u an t iyt
in e er a s e s at ht e e ar l y an d 而d d l e d e v e l o Pm e n t s t ag e s o f fl o r a l o gr an s b u t de c er a s e s a t ht e l a et s t a g e . T h e ab o v e
er s u l t s i n id e aet ht at s 污初 rA D S P lay s a v e yr im P o rt an t or l e i n ht e fl o r al o r g an d e v e l o Pm e n t o f aS l ix s u e h o w e n s i s
.
K e y w o dr s
:
aS l ix
s u c h o w e n s is : S `泪叭 D S : A刃 : er a l一 tl 们n e q u an it t a t i v e R-T P C R : Ph y l o g e n e t i e etr e an al y s i s
开花是高等植物个体发育过程的中心环节 。
植物的花发育是环境信号与植物内在的遗传机制共
同作用的结果 。 有人认为 , 许多基因的相互作用
构成一个复杂的网络调控系统 , 共同调控植物的
花发育过程 ( L e v y 和 D e an 19 9 8 ) 。 在花发育的遗传
网络中 , 花器官特征基因 fl( or al o gr an ide int yt g en e)
决定花器官 , 即花器官原基发育成警片 、 花瓣 、
雄蕊和心皮 。 当内外条件达到协调时 , 开花基因
就会启动花分生组织特征基因 , 使植物从营养生
长转变到生殖生长 ; 接着 , 花器官特征基因开始
表达 , 并激活其下游基因 , 从而形成不同的花器
官 。
花发育的 AB G AB CD曰四聚体模型显示 , 花器
官特征基因决定花器官的机制 (C oe n 和 M ey er o w itz
1 9 9 1 ; T h e i s s e n 2 0 0 1 ; J a e k 2 0 0 4 )
。 植物花器官
发育 B 类基因包括 Ap E AT LA 了 (A 尸了)D/ E F I C IE N S
(D E F )和 尸IS 石陇 L A以 (尸)I / G乙O刀O SA (GL o ) , 控
制双子 叶植物花瓣和雄 蕊的发育 , 它们 属 于
M A D S
一
bo
x 基因家族 , 编码转录因子 , 这些基因
的突变能导致花瓣转变为警片 , 雄蕊转变为心皮
( rK i
z e k 和 M e y e r o w i t z 1 9 9 6 ) 。 近年来有关植物花
发育 B 类基因的基因克隆 、 基因表达和转基因研
究取得了重要的进展 , 但多限于一些草本模式植
物 , 在木本植物中的研究很少 。
收稿
资助
2 0 0 7
一
0 4
一
0 6 修定 2 0 0 7 一 0 5 一 14
国家 自然科学基金 ( 3 0 4 7 1 4 0 6 ) O
通讯作者 ( E 一m a i l : m r h u a n g @ nj 加 . e o m . e n ; T e l : 0 2 5 -
8 5 4 2 7 4 1 2 )
。
DOI : 10. 13592 /j . cnki . ppj . 2007. 03. 008
47 0 植物生理学通讯 第 4 3卷 第 3期 , 20 0 7 年 6 月
由于杨树全基 因组序列的公布 ( T u s k a n 等
2 0 0 6)
, 杨树成为木本植物研究领域的模式物种 。
但杨树一般需 6 一 8 年才能开花 , 研究其花发育难
度很大 。 而与其同属杨柳科 ( S a l i C ac e ae )的柳属
(aS l ix )植物中 , 灌木柳 (如簸箕柳 )无论是实生苗还
是扦插苗一年即可开花 , 是研究木本植物开花机
制不可多得的理想材料 。 柳树每一花序含有许多
独立 的花原基 , 继 而发育为单性花 , 雌雄异株 。
通常大部分 开单性花 的植物在花器官形成早期 ,
均具有两性组织 , 但在花发育的过程中其中一种
性器官发育停止 , 从而形成单性花 。 而柳树在花
原基起始阶段就是真正意义上的单性花 。 因此 ,
柳树花器官仅含两轮 , 高度缩小的花被包被雄蕊
或 心 皮 。
本文从簸箕柳雄株花序中分离和克隆了柳树
A 尸了同源基 因 , 并对该基因的表达特征作了分
析 , 从理论上对林木花器官形成发育机制研究作
了补充 , 还为建立适用于林木花器官发育生物学
研究的模式植物系统作了初步探索 。
材料与方法
植物材料为簸箕柳 (s a zix : u e几o w e n s is ) , 取自
本校杨树育种圃 , 春季取雄株幼叶用于提取基因
组 D N A 。 春季枝条萌发出根 、 叶和花序时 , 分
别取样 。 根据出现花序后时间点 , 分别取不 同发
育时期 的花序 , 液氮速冻 , 一 7 0 ℃ 下保存备用 。
RN A 分离用 RN e a s y p lan t而 n i ik t (Q u a g e n e ) ,
分别从不 同发育时期的花序 、 叶 、 幼茎和根等器
官提取 RN A 。 按 M u r a y 和 T h o m p s o n ( 1 9 8 0 )的方
法用 C T A B 法提取总 D N A 。
根据毛果杨 A尸了同源基因 (P DT )的核酸序列 ,
设计合成了 5 ’ 端引物 P I ( 5 ’ 一T T G G A T C C A T G G
G T C G T G G A A A G A
一
3
’
)和 3 ’ 端引物 PZ ( 5 ’ 一 A A G
A G C T C T C A A G G A A G G C G A A G T T
一
3
’
)
, 以簸
箕柳基因组 D N A 为模板 , 用以上引物进行 PC R 扩
增 。 2 0 林L PC R 反应混合物含有 : 2 林L 的 l o x PC R
缓冲液 , 2 林L 的 dN T P (2 m m o l · L 一 , ) , 1 . 2 林L 的
M g C I: (2 5 un
o l
·
L
一 ’ )
,
10 p m o l s
’ 端引物 , 10 pm o l
3’ 端引物 , 2 林L 簸箕柳基 因组 D N A , 1 u aT q 酶
(T a K a R a )
,
3 2 个循环 PC R 产物用 l % 琼脂糖电泳
分离 。 切胶回收 (优晶生物 ) , 连接于 p M D 1 9 T -
s i m p l e (宝生物 )载体上 , 测序 ( In v i t r o g e n ) 。
5 5胭叭 D S 全长 c D N A 的克隆用花序总 R N A 为
材料 , 使用 R T 一p C R 第一链合成系统 ( n r s t一 s t r a n d
s y n t h e s i s s y s t e m fo r R T
一
p C R
,
i n v i t r o g e n )进行寡
聚脱氧胸腺嗜咙 01 19 0 d( )T 1 2 _ 1: 反转录 c D N A 第一
链 。 根据 sS M A D S 的基因组预测外显子序列合成
特异引物 5 ’ 5 5泪叭 D s o u t e r (G T C T C G G A G A T G
G A T A T G G C )
、
5
’
sS M注D S i n n e r ( C T T C T T C C T
G C A G G T G T C G T T )
、
3
’
S s M A D S o u t e r ( A T C
T C A A T C T r T C C A C G A C C C )和 3 , 5 3胭叭 D S i n n e r
(C C G C C A A C C T C T T G C A T T C C )
, 采用基于
RN A连接酶的c D N A末端快速扩增法试剂盒 (RL M -
R A C E k i t
,
A m b i o n )进行 5 `荆叭 D S c D N A 的 5 ’ 和 3 ’
端序列快速扩增 , 并进行序列拼接 。 再根据拼接
结果设计扩增 sS M A D S c D N A 全长的引物 : fu 川 -
le n g t h
一
F (T A G C T A G C G C T A C A G C T T T C A C A A ) ;
fu 111
一
l e n g t h
一
R ( C C C A G G C G C C T C T T A G A T T A
-
T T A A )
。 扩增产物切胶回收 、 连接 、 测序 。
S s M A D S 的表达分析时 , 根据 S 、 M A D S 的
e D N A序列合成特异引物 P3 (5 ,一 C C G C C A A C C T C T
T T G C A T T C C
一
3
’
)和 P 4 ( 5 ’ 一G C C A T A T C C A T C
T C C G A G A C A A
一
3
’
)
, 以簸箕柳泛素类似物基因
( u b iq u i t i n
一
l i k e
,
BU Q
一
L )做对照 , 用不同发育时期
的花序 、 嫩茎 、 根和叶的总 R N A , 在 A B I 7 5 0 0
实时定量 P e R 仪上进行 R T 一 P e R 。 2 0 林L 的 P e R
反应混合物含 3 m L 第 1链 c D N A , 10 林L 的 Z x 绿
色荧光染料P e R反应混合物 (s Y B R e er e n Pe R M a s -
t e r M i x )
,
P 3 引物 1 0 p m o l , P 4 引物 1 0 p m o l ,
去离子水 .4 6 林L 。 P C R 反应条件为 5 0 ℃ 2 m in ,
9 5 oC 10 m i n
, 后 4 0 个循环为 9 5 oC 1 5 5 , 6 0 oC
1 m in
, 同时每对引物设无模板对照 ( N T C ) , 每个
反应扩增效率采用 R a m ak er s 等 ( 2 0 03) 提出的方法
计算 ( L i n R e g P C R 软件 ) 。
根据 S s M A D S 序列 , 设计引物 , 以垂柳 (S .
b a勿 l o n i c a L . ) 、 黄花柳 (s . e即 er a L . ) 、 黄枝白柳
(5
.
a l b a v a r
.
v i t e l l i n a )
、 祀柳 ( 5 . i n t e g ar T h u n b . ) 、
绵毛柳 ( 5 . 巴 ; i o e za d a )基因组 D N A 为模板 , 进行
P C R 扩增 , 测序 。 根据获得的簸箕柳 c D N A 全长
序列及其剪切规律 , 以及得到的垂柳 、 黄花柳 、
黄枝白柳 、 祀柳 、 绵毛柳等的 D N A 序列 , 预测
得到 了 5 种柳树 的全长 c D N A 序列 , 然 后用
植物生理学通讯 第 4 3卷 第 3期 , 20 07 年 6 月
so ft be r y 软件预测各个 c D N A 编码的氨基酸 。 使
用 E M B L 一BE I 中的 lA ign 程序 , 对柳属植物 A 3P 同
源基因进行 c D N A 和氨基酸同源序列比对分析 。
运用 D N AM A N 软件对簸箕柳 A尸了同源基因
5 `初叭D S编码 的氨基酸序列与其他植物 A刃 同源基
因的氨基酸序列作同源性比较 。 系统进化树分析
(p h y l o g e n e ti c etr an
al y s i s )采用 p h y il p 3 . 64 软件包 ,
邻位相连法 (n e i g h b o r j o i n i n g ) , 并进行 1 0 0 0 次抽
样置换检测 。
实验结果
1 柳树 A刃 同源基因 sS 别叭D S 基因的分离和克隆
根据毛果杨 A丹 同源基因 (P DT )的核酸序列设
计引物 , 以簸箕柳雄株基因组总 D N A 为模板进行
P C R 扩增 , 获得 了与预期产物大小相一致的片
段 , 测序分析 , sS M A D S 基因组序列全长为 2 1 3 3
b P
O
根据 sS M AD S 基因序列设计 R A C E 引物 , 使
用 R LM ~ R A C E 方法对簸箕柳 A3P 同源基因进行 5 ’
和 3 ’ 端扩增 , 实验结果显示 夕和 3 ’ R A C E 均能扩
增出特异性条带 (图 1 ) 。
将特异性条带切胶回收纯化 , 克隆到 T 载体
上 , 测序 , 序列拼接后获得簸箕柳 A尸了同源基因
的全长 c D N A 序列 。 并采用 sS 泪叭 D S c D N A 全长
分子 t 标记 5 , RA cE 分子 t 标记 3, 以CE
图 1 夕R A C E和 3 , R A C E 扩增图谱
lF g
.
l T h e r e s u l t s o f s
.
R A C E an d 3
.
R A C E
引物扩增得到其全长 c D N A 序列 , 长 82 6 b p , 编
码 241 个氨基酸 , 预测分子量大小为 28 kD a 。 将
命加叭D s 基因组序列与 c D N A 序列通过 ht :tP l/ w w .w
n e b i
.
n lm
.址 h . g o v八E B / R e s e acr 川 o s et 眺 p id e yl 进行分
析比较 , 结果 (图 2) 表明 , 该基因包含 7 个外显
子和 6 个内含子 。
通过 h t tP : l w w w . n e b i . n lm . n i h . g o v / S t r u e t u r e /
l e x i雌 t o胡e x i n g t o n . e g i? c m d =印 s 蛋白结构域预测工
具 , 发现 sS M A D S 在 N 末端具有 M A D S一b ox 和 K -
b o x 保守结构域 (图 3) 。 进一步分析表明 , 簸箕柳
A尸3 同源基因编码的氨基酸序列同毛果杨 A P 3 蛋
白具有 9 5 . 7% 相似性 , 可见该基因在杨属植物和
柳属植物之间具有极高的保守性 。
2 5 5别叭 D S 的表达分析
采用 BU Q 一 L 基因作为内对照基因 , 进行实时
定量 R T 一 P C R 分析 , 研究 sS M A D S 基因主要在簸
箕柳不 同发育阶段的花器官以及在根 、 茎 、 叶中
表达模式 。 结果 (图 4) 表明 , sS M AD S 基因不同组
织的相对表达量有明显差别 , 在花器官中的表达
量随着花器官的发育而提高 , 在 2一 3 c m 花序期时
达到最大 , 其相对表达量是 0 . 5一 1 c m 花序期的 2
倍多 (2 . 2 7 : 1 0 0 ) 。 而到了> 3 e m 花序期 , s s M A D s
基因的相对表达量又有所下降 l( . 29) 。 说明随着花
器官的成熟 , 该基 因的表达量会有所下降 。 在
叶 、 茎和根中 , sS M A D S 基 因的相对表达量非常
低 , 均不到 0 . 0 1 。 花器官发育早期 ( 0 . 5一 1 c m 花
序期 )中的表达量是其 10 0 多倍 , 在花器官中表达
量最大时可以达到其 2 0 0 多倍 (2 . 27 :.0 0 1 ) 。 该结果
表明 sS M A D S 基因在花器官中是特异表达的 , 对
于花器官的形成具有重要作用 。
3 柳属植物 A刃 同源基因全长 c D N A 克隆与分析
根据获得的簸箕柳 c D N A 全长序列及其剪切
规律 , 以及测序得到的垂柳 、 黄花柳 、 黄枝 白
图 2 5 5泪叭 D S 基因结构
F i g
.
2 hT
e fr a m e o f s 泪叭D S
图中方块表示外显子 、 粗线条表示内含子 , 数字的单位是 bP 。
742 植物生理学通讯 第 43 卷 第 3 期 , 20 0 7 年 6 月
图 3 S s M A D S 结构分析
F i g
.
3 T h e a n a ly s i s o f s trU
c t u r e o f S s M A D S
3
· ”
)
:
. 兰6 9
_ 2
·
5
} 厂一写 “ · 。 r _ _ _ 1 . 2 72 1上 {1 . 2 5 9尝 ` · s r “ uor rwe刊 日门垂 ` · “ } 门州 上 … { 上 }“ · ” 「… } … } {。 . 。。5 0 · “ 0 8 0 . 。。。
0一1 2 3 4 5 6 7图 4 实时定量 R T 一P C R 技术对簸箕柳 S J助伪D S 的表达分析F ig . 4 E x P r e s s io n a n a ly s i s o f s 泪叭D S b y r e a l一 t i m e R T 一 P C R1 : 0 . 5一 1 c m 大小的花序 ; 2 : 1一 2 c m 大小的花序 ; 3 :2 一 3 c m 大小的花序 ; 4 : > 3 c m 大小的花序 ; 5 : 叶 ; 6 :茎 : 7 : 根 。柳 、 祀柳 、 绵毛柳等的 D N A 序列 , 预测得到了5 种柳树的全长 c D N A 序列 , 分别用 S b M A D S 、S e M A D S 、 S a M注D S 、 S IM A D S 和 S e M A D S 表示 ,然后使用 S o ft be yr 软件预测各个 c D N A 编码的氨
基 酸 。
使用 EM B L 一E B I中的 lA ig n 程序 , 对柳属植物
A尸了同源基因进行 c D N A 和氨基酸同源序列比对分
析 , 结果表明 , 柳属不同物种中的 A尸了同源基因
在核普酸水平和 氨基 酸水平均有很高的相似性 ,
其中核普酸水平的相似性为 95 % (黄枝白柳和黄花
柳之间)一 9 8 . 7% (簸箕柳和祀柳之间 )( 表 l) , 氨基
酸水平的相似性为 95 . 2% (黄枝白柳和绒毛柳之间 )
一9 9 . 6% (簸箕柳和祀柳之间 ) (表 2) 。
4 系统进化树分析
用 D N A M A N 软件比较簸箕柳 A尸了同源基因
凡胭叭 D S编码的氨基酸序列与其他植物 A月 同源基
因的氨基酸序列作同源性的结果表明 , 簸箕柳与
毛果杨 ( p即 u l u s t r i c h o e a , a , A F o 5 7 7 0 8 ) A尸了同
源基因编码的氨基酸序列有 9 5 . 7% 同源性 , 而与
苹果 (对 a l u : d o m e s t i e a , A J2 5 1 1 1 6 ) 、 玫瑰伍 o s a
几论g 口` 口 , BA 05 5叭又5)
、 百合(。 左溯 爬g 口 le , AF 503 91 3) 、
矮牵牛 ( p e r u n i a h夕b r id a , A F 2 3 0 7 0 4 ) 、 大丁草
( G e r b e r a h夕b r i d a , A JOO9 7 2 4 ) 、 郁金香 ( T u l iP a
g e s n e r i a n a
,
A B 0 9 4 9 6 6 )
、 首草 (H e m e r o c a l l i s
h夕b r id , A F 2 0 9 7 2 9 )和向日葵 (价 l i a n th u s a n n u u s ,
A Y 17 307 0) 的同源性则分别为 50 .4 % 、 49 2 % 、 46 . 8% 、
7 6
.
1%
、
5 1%
、
4 3
.
2%
、
4 7
.
4 % 和 4 5 % 。
采用 C l us at l x 软件比较分析分别来 自簸箕
柳 、 毛 果杨 、 苹 果 、 玫瑰 、 大丁 草 、 矮牵牛 、
百 合 、 郁金香 、 拟南芥 、 向 日葵和首 草的 A 尸了
同源基因的氨基酸序列的结果表明 , 来 自不同植
物的 A尸了同源基因其编码的氨基酸序列在近 5 ’ 端
植物生理学通讯 第 43 卷 第 3 期 , 20 07 年 6 月
表 1 柳属植物 A 3P 同源基因 c D N A 序列的相似性比较
T a b le 1 C o m P iar s o n o n 51而 liar yt o f e D N A s e q u e n e e s i n h o m o l o g o u s A P 3 g e n e for m aS l众
基因 S西荆从 D S S cM A D S aS M A D S sS 泪叭D S S走泪叭 D S S e M A D S
S bM A D S * * * 9 5
.
6 9 8
.
2 9 7
.
4 9 7
.
5 9 6
.
4
S e M A D S 一 * * * 9 5
.
0 9 7
.
1 9 6
.
9 9 7
.
1
S a M A D S 一 一 * * * 9 6
.
5 9 6
.
7 9 5
.
3
S s M A D S 一 一 一 * * * 9 8
.
7 9 8
.
0
S IM A D S
一 一 一 一 * * * 9 7 . 7
S e M注D S 一 一 一 _ _ * * *
表中数字为核营酸相似 百分比 。
表 2 柳属植物 A尸3 同源基因氨基酸序列的相似性比较
T ab l
e 2 C o m P硕 s o n o n 5 1而 liar yt o f a r n l n o ac i d s s e q u e n e e s i n h o m o l o g o u s A 3P g e n e fr o m aS lix
基因 S b泪叭D S S c例叭 D S aS 匆叭 D S S s M A D S S IM A D S eS 人么魂D S
S b M注D S * * * 9 6 . 1 9 7 4 9 7 . 0 9 7 . 4 9 5 . 7
S c M A D S 一 * * * 9 5
.
3 9 7
.
8 9 7
.
8 9 7
.
8
S a M A D S 一 一 * * * 9 6
.
1 9 6
.
5 9 5
.
2
S s M A D S 一 一 一 * * * 9 9
.
6 9 8
.
3
S釜泪叭 D S 一 一 一 一 * * * 9 8 . 3
S e M A D S 一 一 一 _ _ * * *
表中数字为氨基酸相似百分比 。
有较高的同源性 , 而该区域属于高等植物非常保
守的 M A D S 一b o x 基序 (m ot i幻 , 是转录因子的一个
重要特征 。 因此 , 推测本研究获得的簸箕柳 A尸3
同源基因可能具有转录因子的功能 。
图 5为采用 hP y l ip 3 . 64 软件包构建的以上几种
植物 A尸了同源基因系统进化树 。 来自菊科的大丁
草和 向日葵聚成一类 , 蔷薇科的玫瑰和苹果聚成
一类 , 百合科的郁金香和 百合聚成一类 , 簸箕柳
等 6 种柳树与杨属的毛 果杨聚成一类 。 结果表
明 , 以 A尸 3 同源基 因序列为基础构建的进化树 ,
与传统的植物学分类基本吻合 。 因此认为 , 基于
同源序列比对所构建的系统进化树能够比较准确地
反映物种之 间的亲缘关系 。
讨 论
A 尸3 /D E F 和 尸I G L口基因编码的蛋 白质形成
异二聚体 , 为多种植物花瓣和雄蕊发育所必需 。
A尸3 基因表达的调节分两步 : A尸了最初表达是 由
花分生组织基因 (A 尸 1 、 L F Y 、 uF o )诱导 的 。 A尸了
的表达起始后 , 这些基因编码蛋 白质可 以自动调
节维持其 自身基因在花瓣和雄蕊中的表达 。 A 尸了
启动子能够由 A P 3 类固醇诱导形式激活 , 这种激
活可能是由 A尸了启动子中的 2 个 C A r G b o x 调节的
(H o n m a 和 G o t o 2 0 00 , 2 0 0 1 ) 。 A尸了可直接调节
NA 尸 (N A C
一
L IK E
,
A C n V A T E D B Y A刃伊刀基因 ,
四减尸在花发育后期表达 , 在发育中的花瓣和雄蕊
中表达 , 其表达与花瓣和雄蕊组织由细胞分裂到
细胞体积增大 的转变有关 (S ab l o w s ik 和 M e y e or w i t z
1 9 9 8 )
。 微阵列技术研究表明 , A 尸刀尸 I 直接调节
负责花瓣和雄蕊细胞形成过程中的基因 (iZ k和 irI hs
2 0 0 3 )
。
拟南芥 A尸了在花瓣和雄蕊整个发育过程中均
表达 , 但在非花组织中不表达 ( S e r a n o 一 C a r t a g e n a
等 20 00) 。 而在玉米中 A尸了基因在种子 、 叶片和根
中均表达( M un s et r 等 2 0 1 ; 物等 19 9 9 ; S o u ht eort n等 19 9 5 ) 。 s ik p p e r (2 0 0 2 )利用原位 P C R 技术发现
冬乌头伍川n ht i: hy e ma lis) 中 B 类基因在发育中的块
茎组织的维管束 、 花梗 、 胚原基中均有表达 ,
在茎和 叶片中也发现有 A 尸了基因 的表达 。 按树
(反` a lyp ut s ) 、 挪威云杉 (p i e e a a b i e s )等几个植物中
也有研究报道 M A D S 一b o x 基因在维管组织中表达
(D e e r o o e q 1 9 9 9 ; S u n d s t r 6 m 等 1 99 9 ) 。 本文结果
植物生理学通讯 第 4 3卷 第 3期 , 20 07 年 6 月
5
.
e r j o e l a d
.S 工n t e r 召a
.5 b a by l朋 j .5 e a P r e a 杨柳科 AP 3蛋白
.5 a l b a f
70 1 7/ 92
尸叩 u l u s 、 / 8 9 1 .5 s u e h o . ℃n
eP t阴 j a _ / 100 0
菊科 AP 3 蛋白
月厂 a b i do p 至s
n甘一七/Ot了ù /了eH l至目幻 t力U s
冼肥和 e a l l j s
翻dl u s
蔷薇科妙3 蛋白
Ll l l u .
百合科 A P 3 蛋白
uT l j P a
图 S A尸了同源基因的系统进化树
F ig
.
5 P h y l o g e n e t ic ter e a n a ly s i s o f h o m o lo g o u s A P了g e n e
表明 , sS M A D S 基因在不同组织的相对表达量有
明显差别 , 说明 sS M注D S 基 因在簸箕柳花器官中
是特异表达的 , 对其花器官的形成起作用 。
植物 B 类基因属于 M A D S 一bo x 基因家族 n 型 ,
包含 M A D S 区 、 I 区 、 K 区和 C 一 末端 4 个高度保
守结构域 , 因此也称为 M IK C 一 t y p e M A D s 一 b o x 基
因 (L am b 和 irI hs 2 0 0 3) 。 A尸了同源基因的突出特点
是含有非常保守的 M A D S 一b o x , 一般认为该区域
的功能是与 D N A 的结合有关 。 由于 M A D S一 bo x 具
有与 D N A 结合和形成二聚体的功能而参与转录调
控 , 所以这些基因编码的蛋白属于转录因子 。 本
文结果表明 , 在柳属植物中 A 尸了基因同源基因相
当保守 。 分化后碱基的替代事件发生少 , 氨基酸
序列变化不大 。 一般认为 , 如果蛋白质序列 间在
至少 8 0 个氨基酸左右的区域中具有 25 % 或更高的
相似性 , 那 么它们 一般具有相类似的生物学性
质 , 因而有可能在不 同物种中执行着相 同功能 。
所以可 以认为 , 柳属不同物种的 A尸了同源基因可
能在花器官的发育中执行着相同或相似的功能 。
参考文献
C o e n E S
,
M e y e r o w i t z EM ( 1 9 9 1 )
.
T h e w a r o f th e w h o r l s : g e n e t ie
I n t e f a C t l o n S
3 1 ~ 3 7
e o n t r o l li n g fl o w e r d e v e l o P m e n t
.
N a t u r e
,
3 5 3 :
D e e r o o e q V
,
Z h u X
,
K a u f f m a n M
,
K y o z u k a J
,
P e a c o e k W J
,
D e n
-
n i s E S
,
L le w e l ly n D J ( 1 9 9 9 )
.
A T M 3
一
lik e M A D S
一
b o x g e n e
fr o m E u e a l y P t u s e x P re
s s e d i n b o th v e g e t a t iv e a n d r e P r o d u e
-
t i v e t i s s u e s
.
G e n e
,
2 2 8 : 1 5 5 ~ 16 0
H o n m a T
,
G o t o K ( 2 0 0 0 )
.
T h e A ar b i d op
s i s fl o r a l h o m e o t i e g e n e
P IS IT LLA TA 1
5 r e g u la t e d b y d i s e r e t e c i s
一 e l em e n t s r e s P o n s iv e
t o i n d u e t i o n a n d m a i n t e n a n e e s i g n a l s
.
D e v e l o Pm e n t
,
12 7 :
2 0 2 1 ~ 2 0 3 0
H o n m a T
,
G o t o K ( 2 0 0 1 )
.
C o m P le x e s o f M A D S
一
b o x P r o t e i n s a r e
s u
if
e i e n r t o e o n v e r t le a v e s i n t o fl o r a l o r g a n s
,
N a t u r e
,
4 0 9 :
5 2 5 ~ 5 2 9
J a e k T (2 0 0 4 )
.
M o l e e u l a r a n d g e n e t ic m e e h a n is m s o f fl o r a l c o n t r o l
.
P la n t C e ll
,
1 6 : 5 1~ 5 1 7
K ir z e k B
,
M e y e r o w i t z E ( 1 9 9 6 )
.
T h e A ar b id op
s i s h o m e o t ie g e n e s
A P E TA LA 了 a n d P IS 7’I LLA TA ar e s u if e i e n t t o P r o v id e t h e B
c la s s o r g a n id e n t i `y fu n e t i o n · D e v e l o p m e n t , 1 2 2 : 1 1一 2子
L a m b R S
,
I r i s h V F ( 2 0 0 3 )
.
F u n e t io n a l d iv e r g e n e e w i t h i n t h e
A P E TA LA 了/尸了国兀陇乙A TA fl o r a l h o m e o t i c g e n e l in e a g e s
.
P r o e
N a t l A e a d S e i U S A
.
1 0 0 : 6 5 5 8拓 5 6 3
L e v y Y Y
,
D e a n C ( 19 9 8 )
.
T h e tr a n s i t i o n t o fl o w e ir n g
.
P la n t C e l l
,
1 0 : 1 9 7 3 、 1 9 9 0
植物生理学通讯 第 43 卷 第 3期 , 20 07 年 6 月 4 7 5
M u n s t e r T
,
W i
n g e n L U
,
F a i g l W
,
W
e rt h S
,
S a e d le r H
,
T h e i s s e n G
( 2 0 0 1 )
.
C h a r a e t e r i z a t i o n o f t h r e e G L O B O S A
一
li k e M A D S
-
b o x g e n e s fr o m m a iz e : e v id e n e e of r a n e i e n t Par a lo g y in o n e
e l a s s o f fl o r a l h o m e o t i e B
一
fu n e t io n g e n e s o f g r a s s e s
.
G e n e
,
2 6 2 : l ~ 1 3
M u r r a y M G
,
T h o m P s o n W F ( 1 9 8 0 )
.
R a P i d is o l a t i o n o f h ig h
m o le e u l a r w e i g h t P l a n t D N A
.
N u e l e ie A e id s R e s
,
8 : 4 3 2 1~
4 3 2 5
R am
a k e r C
,
R u ij t
e r J M
,
D e P r e z R M
,
M o o r m a n A F M ( 2 0 0 3 )
.
A s s u m P it o n
一
fre
e a n al y s i s o f q u a n t i t a t iv e re a l t im e P o ly m e r a s e
e h a in r e a c t io n ( P C R ) d a t a
.
N e u r o s e i L e t t
,
3 3 9 : 6 2~6 6
S a b l o w s k i R WM
,
M e y e r o w i t z EM ( 1 9 9 8 )
.
A h o m o lo g o f N O
A P I C A L M E R I S T EM 15 a n im m e d i a t e t a r g e t o f t h e if o r a l
h o m e o t ic g e n e s A P E TA LA 3P/ IS IT LL A TA
.
C e l l
,
9 2 : 9 3~ 1 0 3
S e r r a n o
一
C a r t a g e n a J
,
C a n d e l a H
,
R o b le s P
,
P o n e e M R
,
P e r e z
-
P e r e z JM
,
P iq u e r a s P
,
M ie o l J L ( 2 0 0 0 )
.
G e n e t i e a n a ly s i s o f
i n c u vr a at m u t a n t s r e v e a l s th r e e in d e P e n d e n t g e n e t ic o P e r a
-
t i o n s a t w o r k in A ar b id op
s i s l e a f m o r Ph o g e n e s is
.
G e n e t i e s
,
15 6 : 1 3 6 3~ 13 7 7
S k i PP e r M ( 2 0 0 2 )
.
G e n e s fr o m th e A P E TA LA J
a n d P ls IT LLA TA
li n e a g e s a r e e x P r e s s e d i n d e v e lo Pi n g v a s e u l a r b u n d le s o f th e
uT b
e or u s R h iz o m e
,
fl o w e ir n g s t e m a n d if o w e r P r i m o r d i a l o f
E ra n th i s h y e m a l i s
.
A n n B o t
,
8 9 : 8 3一8 8
S o u th e r t o n SG
,
M ar s h a ll H
,
M o u r a d o v A
,
T e a s d a le R D ( 1 9 9 8 )
.
E u e a ly P t M A D S
一
b o x g e n e s e x P r e s s e d in d e v e l o P in g fl o w e r s
·
P l a n t Ph y s i o l
,
1 1 8 : 3 6 5 ~ 3 7 2
S u n d s t比 m J , C arl s b e e k e r A , S v e n s s o n M E , S v e n s o n M , J o h a n s e n
U
,
hT
e i s s e n G
,
E n g s tr 6 m P ( 1 9 9 9 )
.
M A D S
一
b o x g e n e s a e t i v e
in d e v e lo P in g P o l le n e o n e s o f N o r w a y s P r u e e ( P i e e a a b i e s )
a r e h o m o l o g o u s t o t h e B
一 e l a s s fl o r a l h o m e o t i e g e n e s i n
a n g io s P e r m
s
.
D e v G e n e t
,
2 5 : 2 5 3 ~ 2 6 6
T h e i s s e n G ( 2 0 0 1)
.
D e v e lo Pm e n t o f if o r a l o gr a n i d e n t i t y : s t o r i e s
fr o m t h e M A D S h o u s e
.
C u r O P i n P la n t B io l
,
4 : 7 5一8 5
hT
s k an G A
,
D IFaz io S
,
Jan
s s o n S
,
B o h lm an
n J
,
G ir go ir e
v l
,
H e l s te n
U
,
P u t n a m N
,
R a lP h S
,
R o m b a u t s S
,
S a la m
o v A e t a l ( 2 0 0 6 )
.
T h e g e n o m e o f b l a e k e o t t o n w o o d
,
P oP
u l u s t r i c h o e a rP
a
( T o r r
.
a n d G r a y )
.
S e i e n e e
,
3 13 ( 5 7 9 3 )
: 1 5 9 6一 1 6 0 4
uY D
,
K o t il a in e n M
,
P 6 11注n e n E , M e h t o M , E lo m a a P, H e l ar i u t t a
Y, A lb e r t V A
,
eT
e r i T H ( 19 9 9 )
.
o r g a n i d e n t i t y g e n e s a n d
m o d iif e d P a t e rn s o f if o w e r d e v e lo Pm e n t i n G e rb e ra hy b
r ida
(A s t e r a e e a e )
.
P la n t J
,
1 7 : 5 1~ 6 2
Z i k M
,
I r i s h V F ( 2 0 0 3 )
.
G lo b a l id e n t i if c a t i o n o f t a r g e t g e n e s
r e g u la t e d b y A P E TA LA J
a n d P IS IT L LA TA if
o r a l h o m e o t i e
g e n e a e t io n
.
P l a n t C e ll
,
1 5 : 2 0 7 ~ 2 2 2