全 文 ：植物生理学报 Plant Physiology Journal 2015, 51 (3): 354~362　　doi: 10.13592/j.cnki.ppj.2015.0041354
收稿 2015-01-20　　修定 2015-02-14
资助 浙江省自然科学基金(LQ13C150001)和浙江省新品种选育
重大专项(2012C12904-6)。
* 共同第一作者。
** 通讯作者(E-mail: gwd@zjnu.cn; Tel: 0579-82282641)。
樱桃MADS-box转录因子的生物信息学及其表达分析
朱友银1,2,*, 邵姁2,*, 王月2, 李永强2, 郭卫东2,**
1金华职业技术学院农业与生物工程学院, 浙江金华321007; 2浙江师范大学浙江省特色经济植物生物技术研究重点实验室,
浙江金华321004
摘要: MADS-box转录因子在植物花和果实发育过程中发挥重要调控作用。本文从樱桃花芽转录组分析中, 获得18个具有
全长开放阅读框的MADS-box转录因子(PpcMADS), 利用生物信息学方法对它们编码的氨基酸基本性质和结构进行了系统
分析。结果表明, 除KP347550和KP347552以外, 均属于MIKC家族, 大部分为不稳定碱性亲水蛋白, 二级结构中同时含有α-
螺旋、β-转角、扩展链和无规则卷曲结构, 其中α-螺旋所占比例最高。亚细胞定位分析显示, MADS-box蛋白主要定位在
细胞核中, 而KP347549定位到细胞质、KP347545和KP347552定位到质膜的几率较高。序列主要含有4个保守基序, 其中
基序1为该基因家族的保守基序, 含有MADS盒。PpcMADS转录因子可以分为AP3亚组、PI亚组、SHP亚组、AG亚组、
AP1亚组、SEP亚组、SOC亚组、SVP亚组及4个未知亚组。KP347545、KP347546、KP347547、KP347549、KP347551、
KP347552、KM243373、KM243375和KM243377只在花中表达, KP347548和KP347550在花和果实中均不表达, 其他7个基
因在两个组织中都表达。
关键词: 樱桃; MADS-box; 转录因子; 生物信息分析; 表达分析
Bioinformatics Analysis of MADS-box Genes and Their Expression in Cherry
ZHU You-Yin1, 2,*, SHAO Xu2,*, WANG Yue2, LI Yong-Qiang2, GUO Wei-Dong2,**
1College of Agricultural and Biological Engineering, Jinhua Polytechnic, Jinhua, Zhejiang 321007, China; 2Zhejiang Provincial
Key Laboratory of Biotechnology on Specialty Economic Plants, Zhejiang Normal University, Jinhua, Zhejiang 321004, China
Abstract: MADS-box gene family is a large group which plays important roles in regulation of plant growth
and development. Totally, 18 MADS-box genes (PpcMADS) with full ORF were identified from transcriptome
generated from flower bud of cherry. In order to reveal the function of PpcMADS, the property and structure of
proteins were analyzed using bioinformatics methods. The results showed that 16 PpcMADS genes belonged to
MIKC family, while KP347550 and KP347552 were the members of M-type. Most of them were unstable hy-
drophilic proteins. The secondary structure of PpcMADS protein included alpha helix, beta turn, extended
strand and random coil, and alpha helix was major part. Most of PpcMADS proteins located in nucleus, while
KP347549 may locate in cytoplasm, KP347545 and KP347552 were more likely to locate in plasma membrane.
Four motifs were identified from PpcMADS protein, and the Motif 1 was the conserved structure of MADS-
box family contained MADS domain. The result of phylogenetic analysis revealed that 18 PpcMADS genes
could be divided into AP3 subclass, PI subclass, SHP subclass, AG subclass, AP1 subclass, SEP subclass, SOC
subclass, SVP subclass and four unknown subclass. KP347545, KP347546, KP347547, KP347549, KP347551,
KP347552, KM243373, KM243375 and KM243377 only expressed in flower, KP347548 and KP347550 did
not expressed in flower and fruit, while the other 7 PpcMADS genes expressed in fruit and flower.
Key words: cherry; MADS-box; transcription factor; bioinformatics; expression analysis
MADS-box转录因子是真核生物中一类在进
化上高度保守的基因家族, 其名称分别来自酿酒
酵母MCM1基因、拟南芥AGAMOUS基因、金鱼
草DEFICIENS基因和人血清应答因子SRF4基因的
首字母, 在这些基因编码的蛋白质中均含有由56~
58个氨基酸组成的高度保守区域, 被称为MADS盒
(Messenguy和Dubois 2003)。现已先后在多种果树
中分离出MADS-box转录因子, 包括葡萄(Poupin等
2007)、香蕉(张远森等2013; Hubert等2014)、桃
(Li等2009; Yamane等2011)、梨(Saito等2013; Bai
等2013)以及森林草莓(周厚成等2014)等。
朱友银等: 樱桃MADS-box转录因子的生物信息学及其表达分析 355
根据结构特征, 可将植物MADS-box转录因子
分为两种类型: Type I和Type II。其中Type II主要
由MADS (M)区、Intervening (I)区、Keratin-like
(K)区和C-terminal (C)末端组成, 所以又被称为
MIKC类型(Kaufmann等2005), 且K区只存在于
Type II中。植物MADS-box基因家族数量较多, 参
与了植物根(Ku等2008)、茎(Ferrario等2006)、叶
(Burko等2013)、花(Immink等2010)、果实的生长
发育(Busi等2003)以及果实的成熟过程(Wang等
2014; Xie等2014), 被认为是调节植物生长发育的
关键基因家族。
樱桃属于蔷薇科李属的多年生落叶果树, 在
中国具有悠久的栽培历史, 其果实成熟期早, 素有
“早春第一果”的美誉, 备受消费者喜爱。随着现代
农业的快速发展, 因樱桃具有观赏性和早熟性(2~3
月开花、4~5月成熟)等特点而被高度重视。因此
开展樱桃花与果实分子生物学研究具有重要意
义。为了更加全面研究樱桃花和果实生长发育调
控机制 , 本研究通过分析樱桃花芽转录组文库
(GenBank登录号SRX695147), 发现了45个Unigene
序列被注释为MADS-box转录因子(PpcMADS), 其
中18个序列具有完整的ORF, 但其生物信息学和表
达特性仍不清楚。为此, 本文对18个PpcMADS基
因的结构和表达进行了系统分析 , 为探明樱桃
MADS-box转录因子功能提供了理论依据。
材料与方法
1 植物材料及序列来源
选用6年生樱桃(Prunus pseudocerasus Lindl.)
‘短柄(Duanbing)’品种为植物材料。取需冷量完全
满足的带花芽枝条, 长度约20 cm, 插在含有适量清
水的烧杯中, 于光照培养箱中培养花芽萌发, 昼/夜
温度为(25±1) ℃/(20±1) ℃, 湿度为70%, 光照强度
为320 µmol·m-2·s-1, 选取花和幼嫩果实作为MADS-
box转录因子表达分析材料。所有样品液氮速冻
后–80 ℃保存用于总RNA提取。
MADS-box转录因子基因序列来自中国樱桃
花芽转录组数据(GenBank登录号SRX695147)
(Zhu等2015)。使用NCBI在线分析程序ORF Finder
(Open Reading Frame Finder, http://www.ncbi.nlm.
nih.gov/projects/gorf/)查找开放阅读框, 45个Uni-
gene序列被注释为MADS-box转录因子, 但只有18
个序列含有完整的ORF, 以此作为后期分析的主要
对象, GenBank登录号见表1。
2 MADS-box转录因子序列分析
氨基酸序列预测在植物转录因子数据库
(Plant Transcription Factor Database, http://planttfdb.
cbi.pku.edu.cn/)进行, 并在数据中筛选与PpcMADS
相似性最高的桃(Prunus persica)和拟南芥(Arabi-
dopsis thaliana) MADS-box转录因子序列用于进化
树构建。进化树构建使用MEGA5.1软件neigh-
bor-joining法则的P-距离(P-distance)模型Bootstrap
method值为1 000。二级结构预测使用SOPMA程
序完成(https://npsa-prabi.ibcp.fr/cgi-bin/npsa_au-
tomat.pl?page=npsa_sopma.html); 亚细胞定位预测
由在线软件PSORT Prediction完成(http://psort.hgc.
jp/form.html); 分子量、等电点、不稳定性等参数
分析采用ProtParam在线工具(http://www.expsy.org/
tools/protparam)。氨基酸序列保守基序(motif)分
析利用在线软件MEME (Multiple Expectation Max-
imization for Motif Elicitation)工具(Motif-based se-
quence analysis tools, http://meme.nbcr.net/meme/
cgi-bin/meme.cgi)进行, 参数设置为: 同一基序在1
条序列中出现0或1次, 基序最大发现值为4, 长度
范围为60个氨基酸残基, 其他参数为默认值。基
序序列特征分析采用SMART (Simple Modular Ar-
chitecture Research Tool, http://smart.embl-heidel-
berg.de/)在线软件分析。
3 樱桃MADS-box的表达分析
总RNA提取采用改良CTAB法, RNA质量检测
采用分光光度法(Nanodrop), RNA浓度测定采用
Agilent 2100 Bioanalyzer。cDNA的第1链合成采用
PrimeScript™ 1st Strand cDNA Synthesis Kit (Ta-
KaRa), cDNA保存于–20 ℃。根据反转录PCR (re-
verse transcription PCR, RT-PCR)引物设计原则, 利
用Primer Premier 5.0软件, 分别设计PCR引物, 内
参基因选用肌动蛋白基因ACTB (β-actin), 所用引
物由上海英骏生物技术有限公司合成, 序列见表
1。RT-PCR反应体系为20 µL, 扩增程序为: 95 ℃
预变性30 s; 95 ℃变性5 s, 60 ℃退火30 s, 72 ℃延
伸30 s, 35个循环; 扩增产物使用3.0%琼脂糖凝胶
检测。
植物生理学报356
实验结果
1 樱桃MADS-box序列的生物信息学分析
在樱桃花芽转录组中发现45个Unigene序列
被注释为MADS-box转录因子, 18个序列含有完整
的ORF。将18个MADS-box氨基酸序列在PlantTFDB
数据库中进行预测 , 结果表明K P 3 4 7 5 5 0和
KP347552属于M-type家族, 不含有K盒结构, 其他
表1 引物序列
Table 1 Sequences of primer for RT-PCR
GenBank登录号 引物名称 引物序列(5′→3′) 扩增产物长度/bp
KM243368 Unigene16199 RP1 CGATTAGTTGAGAATGGAGGAGAGGA 152
Unigene16199 RP2 CAAGGCATAGGTGGCGGTGA
KM243369 Unigene14775 RP1 TGAAAATGAAAGGGCACAACAGC 115
Unigene14775 RP2 GGCCTCCAAGATTACAGGGAGG
KM243370 Unigene12685 RP1 GTTCTGTAGCGGCGAGAGTTTAGG 159
Unigene12685 RP2 ATTGTTTTCAGTGACCGGTTAGGG
KM243371 Unigene12679 RP ATGCTAAATGAAGCAAATAAGACCCTGA 165
Unigene12679 RP2 AATCTGTAACGTCGGCTCGCA
KM243372 CL3592.Contig1 RP1 GTGATGGCTGGAGGGGGAAG 108
CL3592.Contig1 RP2 GCGTGAATTGTACTGATGATTGGGT
KM243373 Unigene4589 RP1 GCTGCACAAACAGGAGATGAAAATT 117
Unigene4589RP2 ATAGGCTGAACACGAAAGGCAAAC
KM243374 Unigene13475 RP1 CAGGAAAGAAGAGGAAATCTGCTACATG 139
Unigene13475 RP2 GGTGGATAGTGAACAAGTTGGACG
KM243375 Unigene9506 RP1 AAGTTTCCGTCATCATCTTCTCTCAG 147
Unigene9506 RP2 TCAATTGCTCCACATATTCTTCCAC
KM243376 Unigene11986 RP1 AACAAGGAACAAATGCTAGTTGAAGCTAA 155
Unigene11986 RP2 TGTGAGTGAGGATGATGAGGAAGG
KM243377 Unigene11472 RP1 GGAACCATTATATTCATGCAACCTCG 167
Unigene11472 RP2 GATGGGATTGCGACCACATACCT
KP347545 Unigene17998 RP1 CCAACAACAAATCCGTTTCCACTG 128
Unigene117998 RP2 CATGATCCTAGACCCTCTCCCAAGA
KP347546 CL5469 RP1 GCCCACAACTCATCCACCCT 128
CL5469 RP2 TCACCATCTTCCATCCCTCCTC
KP347547 CL1634 RP1 TGGGAAGGATGACACTTGTAGCA 239
CL1634 RP2 TCCCGTAGCTTAGCATTTTGTTCA
KP347548 Unigene11917 RP1 GCGTGTTAGAGATGCAAAGGGTG 217
Unigene11917 RP2 GAAGTGCCAGAGCTGTCGTGG
KP347549 Unigene15348 RP1 CAAAAGGAAAACGATCTTGGAGAGA 186
Unigene15348 RP2 TTCTTGGGGAACTGGTTGGTG
KP347551 Unigene6650 RP1 AGCTGGAAAACGAAAATGTGTGTC 174
Unigene6650 RP2 TCTTCTTGTCTTGCTGTGGGTAGG
KP347550 Unigene23051 RP1 GAAACAAGTCCAACTGGAACCAAC 138
Unigene23051 RP2 ACCTCAGCCACAGCACCAAA
KP347552 Unigene23321 RP1 ATTGGTGTCATTGTTTTCTCCCCT 151
Unigene23321 RP2 GCCTCTCCACTGTTTCATCATTCTT
ACTB Unigene353 RP1 CATTCTTCGTCTGGACCTTGCTG 118
Unigene353 RP2 TATCACGGACAATTTCCCGCTC
均为MIKC家族, 同时获得了每个序列相似性最高
的桃和拟南芥同源基因序列(表2)。
采用ProtParam在线分析工具获得了中国樱桃
MADS-box氨基酸序列的分子量、等电点、不稳
定性等基本信息(表3)。除KP347552 (187个氨基
酸)以外, 其他MADS-box氨基酸序列均在200~270
个残基之间。对应分子量在18 554.0~30 702.8 Da
之间, 等电点分析发现, 除KP347548的等电点为
朱友银等: 樱桃MADS-box转录因子的生物信息学及其表达分析 357
6.93显酸性以外, 其他均大于8.2, 显碱性。从不稳
定系数来看, KM243371和KM243376小于40, 为稳
定蛋白, 其他均大于40, 为不稳定蛋白。由脂肪系
数可知, 18个MADS-box蛋白均小于100, 为亲水性
蛋白。SOPMA程序分析(表4)发现, 樱桃MADS-
表2 樱桃MADS-box转录因子在PlantTFDB数据库预测信息
Table 2 Prediction of cherry MADS-box in PlantTFDB
GenBank登录号 家族 同源性最高的桃氨基酸ID及E值 同源性最高的拟南芥氨基酸ID及E值 描述
KM243368 MIKC ppa026083m (1e-129) AT3G54340.1 (2e-82) K-box region and MADS-box
KM243369 MIKC ppa010578m (1e-149) AT3G58780.1 (1e-114) K-box region and MADS-box
KM243370 MIKC ppa015338m (5e-41) AT1G26310.1 (3e-44) K-box region and MADS-box
KM243371 MIKC ppa010679m (0) AT1G24260.1 (1e-130) K-box region and MADS-box
KM243372 MIKC ppa010595m (0) AT4G18960.1 (1e-126) K-box region and MADS-box
KM243373 MIKC ppa012927m (1e-100) AT5G20240.1 (2e-88) K-box region and MADS-box
KM243374 MIKC ppa010807m (1e-150) AT3G54340.1 (2e-73) K-box region and MADS-box
KM243375 MIKC ppa019932m (9e-48) AT5G62165.3 (1e-82) AGAMOUS-like 42
KM243376 MIKC ppa010391m (0) AT5G15800.1 (1e-106) K-box region and MADS-box
KM243377 MIKC ppa010723m (1e-144) AT1G69120.1 (1e-118) K-box region and MADS-box
KP347545 MIKC ppa010578m (7e-47) AT2G45660.1 (4e-98) AGAMOUS-like 20
KP347546 MIKC ppa010249m (1e-131) AT5G60910.1 (2e-90) AGAMOUS-like 8
KP347547 MIKC ppb018415m (3e-56) AT4G22950.1 (9e-82) AGAMOUS-like 19
KP347548 MIKC ppa011063m (1e-70) AT2G22540.1 (2e-73) K-box region and MADS-box
KP347549 MIKC ppa022942m (1e-96) AT2G45650.1 (6e-69) AGAMOUS-like 6
KP347551 MIKC ppa011140m (1e-164) AT4G09960.1 (1e-118) K-box region and MADS-box
KP347550 M-type ppa018168m (1e-147) AT5G48670.1 (2e-66) AGAMOUS-like 80
KP347552 M-type ppa024816m (1e-119) AT2G34440.1 (1e-48) AGAMOUS-like 29
表3 樱桃MADS-box转录因子氨基酸基本信息
Table 3 The basic information of cherry MADS-box
GenBank登录号 阅读框长度/bp 氨基酸数量/aa 分子量/Da 等电点 不稳定系数 脂肪系数
KM243368 615 204 23 564.9 9.87 40.98 70.74
KM243369 741 246 18 554.0 9.55 65.93 73.78
KM243370 648 215 24 329.7 8.82 51.69 84.37
KM243371 723 240 27 570.3 8.79 39.72 80.50
KM243372 732 243 27 978.6 9.44 60.93 73.91
KM243373 633 210 24 324.6 8.40 47.41 82.62
KM243374 708 235 27 152.8 9.42 46.70 82.55
KM243375 642 213 24 430.8 8.36 60.16 82.86
KM243376 756 251 28 613.4 8.82 38.44 80.44
KM243377 717 238 27 889.9 8.66 50.45 86.89
KP347545 648 215 24 782.1 9.24 63.12 75.72
KP347546 810 269 30 702.8 8.45 59.15 77.62
KP347547 660 219 24 988.6 9.04 47.68 75.25
KP347548 660 219 24 585.0 6.93 49.26 92.65
KP347549 723 240 27 638.3 8.23 41.93 84.04
KP347550 681 226 26 142.2 9.36 52.14 71.19
KP347551 669 222 25 640.3 9.41 51.91 85.27
KP347552 570 187 20 772.7 9.37 49.85 75.67

box蛋白二级结构均含有α-螺旋(alpha helix)、β-转
角(beta turn)、扩展链(extended strand)和无规则卷
曲(random coil)结构。其中, α-螺旋所占比例最高,
其次是无规则卷曲(KP347551除外)。亚细胞定位
分析发现, KP347549定位到细胞质的几率较高,
植物生理学报358
KP347545和KP347552定位到质膜的几率较高, 其
他蛋白定位到细胞核的几率较高。
2 樱桃MADS-box氨基酸序列保守基序分析
利用MEME软件分析了中国樱桃MADS-box
氨基酸序列的保守基序, 结果发现4种类型基序(图
1), 其中基序1含57个氨基酸, 在所有MADS-box序
列中均含有, 最佳匹配序列为MGRGKIEIKRI-
ENTTNRQVTFCKRRNGLFKKAYELSVLCDAE-
VALIIFSPRGKLYEY, SMART软件分析表明该基
序为MADS盒, 是MADS-box转录因子的典型结构,
属于SRF-TF结构域(Pfam reference登录号PF00319)。
在MADS盒之后的是I (Intervening)区, 包含基序3,
最佳匹配序列为SSSSMQKTIERYQKCCYD, 但
在KM243368、KM243374和KP347550序列中不
包含基序3。I区之后是K (Keratin)区, 包含基序2,
除KP347552以外, 所有序列均含有基序2, 最佳匹
配序列为KAQIEVLQRSQRHLLGEDLDPCTH-
KELQNLEHQLETGLNRIRSRKTQFM。最后是
基序4, 除KM243373、KP347550和KP347552外,
其他序列均含有, 最佳匹配序列为DQIEYLQWK-
EKMLQEENNCLRHKIAE (图2)。
3 樱桃MADS-box转录因子保守结构域系统进化分析
采用邻接法对樱桃、桃和拟南芥MADS-box
保守结构域进行系统进化分析, 结果如图3所示。
樱桃MADS-box转录因子被分为12个亚组。其中
KM243368和KM243374属于AP3亚组, KM243373
属于PI亚组, KM243369和KM243372属于SHP亚
组 , K P 3 4 7 5 5 1属于A G亚组 , K M 2 4 3 3 7 7和
KP347546属于AP1亚组, KM243371、KM243376
和KP347549属于SEP亚组, KM243375、KP347545
和KP347547属于SOC亚组, KP347548属于SVP亚
组; 其他序列分别属于4个未知亚组。
4 樱桃MADS-box转录因子表达特性分析
采用RT-PCR技术对PpcMADS进行表达分析
发现(图4), 尽管18个樱桃MADS-box转录因子克隆
均来自花芽组织, 但在花和果实中表达模式不同。
KP347548和KP347550在花和果实中均不表达,
KP347545、KP347546、KP347547、KP347549、
KP347551、KP347552、KM243373、KM243375
和KM243377只在花中表达, 其他基因在两个组织
中都表达。
讨　　论
随着高通量测序技术的发展, 越来越多果树
的MADS-box转录因子家族基因被系统研究, 主要
有葡萄(Vitis vinifera) 38个(Diaz-Riquelme等2009)、
表4 樱桃MADS-box转录因子蛋白质二级结构与亚细胞定位
Table 4 The secondary structure and subcellular localization of cherry MADS-box
GenBank登录号 α-螺旋/个 β-转角/个 扩展链/个 无规则卷曲/个 亚细胞定位
KM243368 106 26 35 37 细胞核
KM243369 131 18 30 67 细胞核
KM243370 105 7 36 67 细胞核
KM243371 137 13 29 61 细胞核
KM243372 125 14 45 59 细胞核
KM243373 97 24 44 45 细胞核
KM243374 107 26 50 52 细胞核
KM243375 133 15 24 41 细胞核
KM243376 134 16 35 66 细胞核
KM243377 141 18 34 45 细胞核
KP347545 130 9 22 54 质膜
KP347546 128 20 39 82 细胞核
KP347547 123 15 29 52 细胞核
KP347548 118 16 40 45 细胞核
KP347549 127 17 36 60 细胞质
KP347551 135 21 36 30 细胞核
KP347550 122 11 25 68 细胞核
KP347552 101 15 20 51 质膜
朱友银等: 樱桃MADS-box转录因子的生物信息学及其表达分析 359
香蕉(Musa acuminata) 71个(张远森等2013)、森林
草莓(Fragaria vesca) 85个(周厚成等2014)、梅
(Prunus mume) 80个(Xu等2014)以及苹果(Malus
domestica) 146个(Tian等2015)。在植物转录因子
数据库(PlantTFDB)中共有5 842个MADS-box转录
因子, 其中M-type 2 978个和MIKC型2 864个, 分布
在83个物种中, 其中桃(Prunus persica)含有80个。
本研究在缺少樱桃基因组信息的情况下, 首次通
过分析花芽转录组数据获得了18个具有完整ORF
的MADS-box转录因子, 丰富了植物MADS-box基
因家族信息, 也为樱桃生长发育调控研究奠定了
基础。关于樱桃MADS-box转录因子的报道较少,
林苗苗等(2011a, b)先后在甜樱桃(Prunus avium)克
隆了PaMADS2和PaMADS3, 分析发现PaMADS2与
B类PI基因关系较近, 在雄蕊和花瓣中表达, 而Pa-
MADS3则与SEP高度同源, 在花瓣、雄蕊、心皮中
图2 樱桃MADS-box转录因子推导氨基酸序列保守基序及分布图
Fig.2 Distribution of Motifs in deduced amino acid of cherry MADS-box
图1 樱桃MADS-box保守基序
Fig.1 Conserved motifs identified from MADS-box of cherry using MEME
植物生理学报360
图4 樱桃MADS-box在花和果实中的表达分析
Fig.4 Expression analysis of Cherry MADS-box in flower and fruit using RT-PCR
A: 花; B: 果实。M: DM500 DNA marker; 1: ACTB; 2: KP347547; 3: KM243372; 4: KM243373; 5: KP347546; 6: KP347551; 7:
KM243375; 8: KM243377; 9: KP347548; 10: KM243376; 11: KM243371; 12: KM243370; 13: KM243374; 14: KM243369; 15: KP347549; 16:
KM243368; 17: KP347545; 18: KP347550; 19: KP347552。
图3 樱桃、桃和拟南芥的MADS-box转录因子保守结构域系统进化树
Fig.3 Phylogenetic tree of MADS-box conserved domain from cherry, peach and Arabidopsis
朱友银等: 樱桃MADS-box转录因子的生物信息学及其表达分析 361
表达。在拟南芥中超量表达甜樱桃PaAP1基因促
进转基因拟南芥提前开花(Wang等2013)。
关于MADS-box转录因子在花发育中的功能研
究较深入, 现已根据金鱼草和拟南芥的研究结果提
出了ABC模型, 随后发展为ABCDE模型(Theissen
2001)。APETALA1 (AP1)属于A类基因、PISTILATA
(PI)和APETALA3 (AP3)属于B类基因、AGAMOUS
(AG)属于C类基因、SEEDSTICK (STK)和SHAT-
TERPROOF (SHP)属于D类基因、SEPALLATA
(SEP1、SEP2、SEP3和SEP4)属于E类基因(Kaufmann
等2005)。萼片发育由A/E调控、花瓣发育由A/B/
E调控、雄蕊发育由B/C/E调控、心皮发育由C/E
调控、胚珠发育由D/E调控(Theissen 2001)。根据进
化关系, 可推测KM243377和KP347546属于A类基
因, 调控萼片和花瓣发育; KM243368、KM243373
和KM243374属于B类基因, 调控花瓣和雄蕊发育;
KP347551属于C类基因, 调控雄蕊和心皮发育;
KM243369和KM243372属于D类基因, 调控胚珠发
育; KM243371、KM243376和KP347549属于E类
基因, 可先后调控萼片、花瓣、雄蕊、心皮和胚
珠发育; KM243375、KP347545和KP347547属于
SUPPRESSOR OF OVEREXPRESSION OF CON-
STANS (SOC1)类(Zhu等2015), KP347548属于SVP
类, 可能调控开花时间(Wu等2012)。
MADS-box转录因子也可以调控果实发育和
成熟。FRUITFULL (FUL-1)属于AGL8类MADS-
box转录因子, 在拟南芥果实发育过程中调控细胞
分化(Gu等1998)。苹果MdMADS4与拟南芥AGL2
和AGL4同源, 在果实形态分化期心皮维管束和种
胚中表达(Sung等2000)。在番茄中, FRUITFULL同
源基因FUL1和FUL2对LeMADS-RIN产生关键性
调控(Fujisawa等2014), RIN进一步通过调控乙烯合
成关键酶ACS2基因的表达而调控番茄的成熟(Vre-
balov等2002), LeMADS-MC在萼片、花瓣和心皮
中表达 (Martel等2011; Shima等2013)。番茄
MADS1在萼片和果实中表达, 该基因功能缺失后,
乙烯合成基因和响应基因均上调表达而加快成熟
(Dong等2013)。超量表达MADS-box基因SlFYFL
能够延缓衰老、脱落和果实成熟(Xie等2014)。在
香蕉中, MuMADS1属于D类基因, 在雄蕊和果实不
同发育阶段表达, 通过参与乙烯响应而与果实成
熟密切相关(Liu等2009)。香蕉MaMADS1和Ma-
MADS3参与果皮发生, MaMADS2参与果肉中乙烯
合成(Elitzur等2010)。在桃中, PpPLENAZA基因在
果实成熟过程中表达增强, 在转基因番茄中超量
表达后促进果实形成浆果, 而在转基因草莓中加
速果实成熟(Zhang等2008)。AGAMOUS-like、
SEEDSTICK-like和SEPALLATA-like被证实在桃果
实发育和成熟过程中发挥作用(Tani等2009)。在草
莓中, FaMADS9属于SEP1/2 like基因, 表达沉默后
花瓣、种子和果实发育和成熟受阻(Vrebalov等
2002; Seymour等2011)。在本研究中并未发现果实
特异性表达的PpcMADS, 因此, 它们在果实发育中
的作用还需要进一步研究。此外, 还有研究发现
MADS-box基因参与落叶果树花芽休眠与休眠解
除, 但其调控机制仍不清楚(Zhu等2015)。
由以上各方面可以看出, 植物MADS-box转录
因子是一个庞大的基因家族, 在植物生长发育中
发挥着不同功能。本研究利用转录组数据分析了
18个中国樱桃MADS-box转录因子氨基酸基本信
息、亚细胞定位、二级结构、保守结构域特征和
系统进化关系以及在花和果实中的表达特性, 丰
富了MADS-box转录因子家族信息, 为进一步研究
它们在花和果实发育中的调控机制奠定了基础。
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