全 文 :园艺学报,2015,42 (8):1467–1476.
Acta Horticulturae Sinica
doi:10.16420/j.issn.0513-353x.2015-0162;http://www. ahs. ac. cn 1467
收稿日期:2015–04–17;修回日期:2015–07–06
基金项目:国家自然科学基金项目(31201586);广东省科技计划项目(2013B020304008);广东省教育厅科技创新项目(2013KJCX0124);
湛江市热带特色资源植物技术开发重点实验室项目(2014A06008);湛江市科技攻关计划项目(2012C3102019);湛江师范学院科研创新团
队资助项目(2013CXTD05)
* E-mail:liukaidong2001@126.com;Tel:0759-3183086
番荔枝开花调控转录因子基因AsLEAFY的克隆
与表达分析
刘锴栋 1,*,黄素娜 1,姜 艳 2,黎海利 1,袁长春 1,刘金祥 1,陈 燕 1
(1 岭南师范学院生命科学与技术学院,广东湛江 524048;2 浙江省中药研究所有限公司,杭州 310023)
摘 要:利用同源克隆和 RACE-PCR 获得番荔枝 LEAFY 基因的全长 cDNA 序列,命名为 AsLEAFY,
GenBank 登录号为 KP866145。序列分析表明,克隆获得的番荔枝 AsLEAFY 基因长为 1 236 bp,编码 411
个氨基酸,该氨基酸序列含有 5′-N 端脯氨酸富集区和中央酸性区,具有 LEAFY(FLO)家族的典型结构
特征。同源分析表明,该氨基酸序列与多种木本植物 LEAFY 类蛋白的同源性较高。进化树分析表明
AsLEAFY 与木本植物的亲缘关系高于草本植物。实时定量 PCR 结果表明,AsLEAFY 在番荔枝花发育的整
个过程中都有表达,在初期的花芽中表达量最高,在不同组织器官中表达量存在差异,在枝条去叶后的
腋芽中的表达量最高。推测该基因在番荔枝花器官形成初期发挥重要作用。
关键词:番荔枝;LEAFY;花发育;表达模式
中图分类号:S 667.1 文献标志码:A 文章编号:0513-353X(2015)08-1467-10
Cloning and Expression Analysis of Flowering Related Transcription
Factor AsLEAFY from Sugar Apple
LIU Kai-dong1,*,HUANG Su-na1,JIANG Yan2,LI Hai-li1,YUAN Chang-chun1,LIU Jin-xiang1,and
CHEN Yan1
(1Life Science and Technology School,Lingnan Normal University,Zhanjiang,Guangdong 524048,China;2Zhejiang
Research Institute of Traditional Chinese medicine Co.,LTD,Hangzhou 310023,China)
Abstract:A full-length cDNA sequence of the homologous LEAFY gene from sugar apple(Annona
squamosa L.),which was named as AsLEAFY(GenBank accession KP866145),was cloned by employing
homology gene cloning and RACE approaches. Sequence analysis showed that the AsLEAFY gene
contains a 1 236 bp open reading frame(ORF)encoding 411 amino acids. As the typical structure features
of LEAFY(FLO)family,a 5′-N praline-rich region and a central acidic region were identified in the amino
acid sequence of AsLEAFY protein. The deduced AsLEAFY protein is highly homologous to the LEAFY
proteins from other various woody plants. Phylogenetic tree analysis indicated that AsLEAFY shows
closer relationship with the LEAFYs in woody plants than in herbs. The real-time PCR results suggested
that the AsLEAFY gene could be detected during the whole period of flower development. Interestingly,
Liu Kai-dong,Huang Su-na,Jiang Yan,Li Hai-li,Yuan Chang-chun,Liu Jin-xiang,Chen Yan.
Cloning and expression analysis of flowering related transcription factor AsLEAFY from sugar apple.
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AsLEAFY gene showed a high transcription level in flower bud at the beginning stage and axillary bud of
fruiting branches after defoliation. It is conjectured that AsLEAFY may play a crucial role in the early
stage of flower organs formation in sugar apple.
Key words:sugar apple;Annona squamosa;LEAFY;flower development;expression pattern
番荔枝(Annona squamosa L.)的芽为复芽,其腋芽被叶柄抱嵌,若叶片不脱落,腋芽一般不会
萌发。在生长季节,主要将老熟枝条中任一节位的叶片摘除,并结合剪顶或摘心就可以抽发新梢,
先发新梢 80%以上能成花。在自然状态下,冬季番荔枝营养生长停止,但叶片仍保持青绿而不脱落;
春季仅有少数老叶自然脱落,此时叶片脱落促进了叶柄下休眠的腋芽萌发成新梢,花在新梢的顶端
形成。番荔枝成花需要叶片脱落露出腋芽、光照充足、温度适宜等条件,如果自然状态下叶片脱落
较少,则影响番荔枝的开花和结果(Soler & Cuevas,2009;刘锴栋 等,2013;赵金凤 等,2014;
Liu et al.,2015)。对于番荔枝这种独特的成花机制,国内外少有深入的研究,关于开花相关基因在
此过程中的作用还不清楚。
LEAFY 是植物典型的花分生组织特异基因,亦是决定从营养生长向生殖生长阶段转变的重要元
件(Blazquez et al.,1997)。它决定着植物发育的方向,在成花过程中还发挥接连许多花诱导途径的
输出信号和激活花器官决定基因 ABC 的作用(David et al.,2012)。LEAFY 最早从金鱼草(Antirrhinum
majus)中分离出来(Coen et al.,1990),目前已从 40 多种植物上克隆了 LEAFY 的同源基因。该基
因编码区序列的长度在 1 080 ~ 1 314 bp 之间,氨基酸序列之间的保守性较高,且含有 5′-N 端脯氨
酸富集区和中央酸性区结构,符合转录因子的结构特点。该类同源基因在蛋白初级结构上的稳定和
保守性说明它们可能在不同的物种中具有相似的功能。很多植物中的该同源基因都在花序分生组织
转变为花分生组织和成花诱导过程中发挥作用(Weigel et al.,1992;Weigel & Nilsson,1995;Moyroud
et al.,2010)。在拟南芥(Arabidopsis thaliana)中,LEAFY 在整合诸如植物激素、光周期、低温等
外源和内源信号促进成花方面发挥了极其重要的功能,同时 LEAFY 在花序分生组织中特异表达,通
过激活下游基因 AP1 的表达来启动花的分化(Weigel et al.,1992;Sarah et al.,1999;Chae et al.,
2008),并且能够在花分生组织形成后继续促进花器官特征决定基因 AP3、PI、AG、CAL、SEP2 以
及 SEP3 的表达(Weigel & Meyerowitz,1993;William et al.,2004;Engelhorn et al.,2014)。
成花转变过程由植物自身遗传因子和外界环境因素两方面共同决定,并受错综复杂的网络信号
传导途径调控(孙昌辉 等,2007)。LEAFY 还参与调控开花时间(邵寒霜 等,1999)和成花转变,
在花序和花发育的各个阶段发挥作用。LEAFY 的超量表达导致植物枝条向花的转变,促使提早开花
(Coupland,1995)。番荔枝芽为复芽,叶柄包嵌着它的腋芽,在生长季节,如果叶柄不脱落,腋芽
就不能萌发。在自然状态下,春季仅有少数老叶自然脱落萌发新梢,成花率较低。应用人工落叶法
则能较大程度促梢成花,实现产期调节(赵金凤 等,2014;Liu et al.,2015)。在番荔枝成花转变
过程中,针对开花调控转录因子基因 AsLEAFY 是否起作用,本研究中对该基因在不同处理下的腋芽
中的表达进行了初步研究。
鉴于 LEAFY 及其同源基因在高等植物的成花过程中的重要作用,基于 NCBI 上 Blast 得到的
LEAFY 基因序列设计的简并引物,利用 3′RACE 与 5′RACE 方法从番荔枝中分离出 LEAFY 基因,并
对其进行生物信息学和表达分析,以期为阐明番荔枝成花途径的分子机理,以及通过分子手段对番
荔枝进行催花调控提供理论依据。
刘锴栋,黄素娜,姜 艳,黎海利,袁长春,刘金祥,陈 燕.
番荔枝开花调控转录因子基因 AsLEAFY 的克隆与表达分析.
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1 材料与方法
1.1 材料与催花处理
番荔枝栽培于岭南师范学院热带果树创新团队试验地,常规栽培管理。于 2014 年 7—8 月分别
采集长 1 ~ 2 mm、3 ~ 4 mm、5 ~ 6 mm 的花蕾和开花前期(花瓣轻微张开)及开花期(花瓣张开)
的花。8 月中旬采集花器官各组织、结果枝和营养枝的幼嫩叶片、顶芽、茎段、去叶后的腋芽。2014
年 3 月 10 日在同一株树上选取长势和角度一致、位置相近、无病虫害、长度为 70 ~ 80 cm 的 1 年
生枝条 4 枝,其中 1 枝为不去顶不去叶(对照)处理;1 枝为不去顶去叶处理;1 枝为去顶去叶处理;
1 枝为短截 1/3 并去叶处理。然后于 3 月 25 日取枝条中部的腋芽。不同的花期、不同的组织及不同
的处理均重复 3 次。取样后立即用液氮速冻后保存于–80 ℃冰箱中备用。
1.2 AsLEAFY 基因全长的克隆
取适量番荔枝相应组织部位的材料在液氮中研磨,参照 RNAprep pure 植物总 RNA 提取试剂盒
(TIANGEN)中的方法,提取番荔枝相应部位的总 RNA。采用 TaKaRa 公司 PrimeScriptTM RT reagent
Kit(用于基因克隆)和 PrimeScriptTM RT reagent Kit with gDNA Eraser(用于定量 PCR)反转录试剂
盒将番荔枝相应部位的 RNA 反转录为第一链互补链 DNA(cDNA)。反转录的反应条件及程序均按
照宝生物工程(大连)有限公司的试剂盒说明书进行。
利用 DNAMAN 软件对已知物种 LEAFY 同源基因进行比对,在分析所得的保守序列区设计上、
下游简并引物 AsLEAFY-ZJ-F 和 AsLEAFY-ZJ-R(表 1)。利用 PCR 扩增番荔枝 LEAFY 同源基因片
段,以花样本的反转录产物为模板,按照下列体系进行扩增:cDNA 1.0 μL,10× FastPfu Buffer 2 μL,
1 mmol · L-1 dNTP 1 μL,FastPfu Polymerase 0.5 μL,10 μmol 上下游引物各 1.0 μL,终体积为 20 μL。
反应程序:94 ℃预变性 5 min,然后进行 30 个循环:94 ℃ 30 s,55 ℃ 30 s,72 ℃ 90 s,循环结
束后 72 ℃延伸反应 10 min,4 ℃保温。1%琼脂糖凝胶电泳检测 PCR 产物,对扩增所得目的片段
进行切胶回收。回收得到平末端 PCR 产物,进行加 ploy A 试验。具体体系:PCR 产物 15.7 μL,10×
PCR 缓冲液 2 μL,1 mmol · L–1 dNTP 1 μL,Taq Polymerase 0.2 μL,终体积为 20 μL。反应程序:72
℃ 5 min,4 ℃保温。将回收的加 ploy A 的产物与测序载体 pMD19-T 连接后,转化 DH5α 感受态
细胞,在氨苄青霉素抗性平板上进行蓝白斑筛选,再经菌落 PCR 检测后选择阳性克隆进行测序。
根据测序得到的番荔枝LEAFY同源基因片段序列,按照RACE试剂盒的要求,逆转录生成 cDNA
第一链。依据操作手册分别设计 3′RACE 巢式引物 AsLEAFY-GSP1 和 5′RACE 巢式引物 AsLEAFY-
GSP2、AsLEAFY-GSP3(表 1)。第一轮反应程序为:94 ℃ 30 s,72 ℃ 3 min,5 个循环;94 ℃ 30
s,70 ℃ 30 s,72 ℃ 3 min,5 个循环;94 ℃ 30 s,68 ℃ 30 s,73 ℃ 3 min,25 个循环。取 5 μL
产物进行电泳检测,所有 PCR 扩增条带均回收测序。如第一轮 PCR 无法检测到明显条带,再进行
第二次巢式扩增,扩增条件为:95 ℃ 5 min,95 ℃ 30 s,68 ℃ 30 s,72 ℃ 2 min,35 个循环;
72 ℃ 7 min。再次对所有 PCR 扩增条带回收测序。依据 RACE 结果,设计一对引物 AsLEAFY-ORF-F
和 AsLEAFY-ORF-R(表 1),扩增 AsLEAFY 基因的 ORF 读码框。
1.3 AsLEAFY 编码的蛋白质生物信息学分析
利用 ExPASy Proteomics Server 在线工具 Protparam(http://web. expasy. org/ protparam/)对
AsLEAFY 基因编码蛋白的理化性质进行分析预测;采用 SWISS-MODEL(http://swissmodel. expasy.
Liu Kai-dong,Huang Su-na,Jiang Yan,Li Hai-li,Yuan Chang-chun,Liu Jin-xiang,Chen Yan.
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org/)对 AsLEAFY 编码的蛋白质进行二级结构分析与 3D 结构建模;使用 SignalP4.0 Server(http://www.
cbs. dtu. dk/ services/ SignalP/)进行分泌蛋白预测;利用 WOLF PSORT(http://psort. hgc. jp/ cgi-bin)
进行蛋白质定位信号预测。LEAFY 氨基酸序列比对利用 NCBI 的蛋白质序列数据库进行搜索,并通
过 ClustalW 软件进行作图。通过 MEGA5.1 构建 Neighbor-Joining 系统进化树,bootstrap 重复次数为
1 000 次,其他采用默认设置。
1.4 实时荧光定量 PCR
分别提取番荔枝不同开花期,不同组织器官的总 RNA。取各样品总 RNA,以 Oligo-d(T)为引物,
用 AMV 反转录酶进行反转录,参照 PrimeScript 1 Strand cDNA Synthesis Kit(TaKaRa)方法进行。
用反转录后的 cDNA 作模板。为了提高荧光信号的特异性,设计实时定量 PCR 特异引物(AsLEAFY-
qRT-F 和 AsLEAFY-qRT-R)(表 1),扩增长度 242 bp。根据前期克隆到的番荔枝看家基因 AsActin
设计一对定量内参引物 AsActin-F 和 AsActin-R,扩增片段大小为 189 bp(表 1)。按照 SYBR® Premix
Ex TaqTM操作说明,在 Bio-Rad iQ5 荧光定量 PCR 仪上进行 PCR 扩增,检测基因的相对表达量。荧
光定量 PCR 反应体系为 20 μL:2× SYBR® Premix Ex TaqTM 10 μL,引物各 1 μL,cDNA 模板 1 μL,
超纯水 7 μL,混合加样。PCR 反应程序为 96 ℃预变性 1 min,95 ℃变性 15 s,60 ℃退火 15 s,72
℃延伸 45 s,40 次循环。每个试验设置 3 次重复。
表 1 引物序列
Table 1 Primers used in this study
引物用途 Description 引物名称 Primer name 引物序列 Sequence(5′–3′)
AsLEAFY-ZJ-F ARGTGGCGCGCGTGGSAARAAG AsLAEFY 基因片段分离
Isolation of AsLEAFY fragments AsLEAFY-ZJ-R GAGYTTGGTGGGMACRTACCA
3′RACE AsLEAFY-GSP1 GCAGTGAGAGGCAGAGGGAG
AsLEAFY-GSP2 CAGGCCTGCCTCCATGCACC 5′RACE
AsLEAFY-GSP3 CCATTCTCTTCCTCATCATC
AsLEAFY-ORF-F ATGGACCCCGGCGAGGCCTTC AsLEAFY 开放阅读框的扩增
Amplification of AsLEAFY ORF AsLEAFY-ORF-R TCAGGGTTGGCATTCAAGTAA
AsLEAFY-qRT-F GAGATTGACGACATGATGTC 荧光定量检测引物
Real-time PCR of AsLEAFY AsLEAFY-qRT-R TCCTCTGACAACCCTTCTTG
荧光定量内参引物 AsActin-F GACACCATCCCCAGAATCC
Real-time PCR of AsActin AsActin-R CCCCAGAAGAACACCCTGT
2 结果与分析
2.1 番荔枝 AsLEAFY 基因全长序列的克隆
将提取的番荔枝总 RNA 通过琼脂糖凝胶电泳检测其质量,结果显示 28S 和 18S 条带清楚,基
本无 DNA 污染。说明提取的 RNA 质量可靠,无降解,可用于后续试验。
通过比对已知物种中克隆到的 LEAFY 同源基因序列的保守区域,设计了一对简并引物,以番荔
枝花蕾的 cDNA 为模板进行 PCR 扩增,得到一条长约 1 000 bp 的特异条带(图 1)。测序结果表明,
该片段与拟南芥、野生草莓、苹果和烟草的 LEAFY 同源基因具有较高的同源性,表明该片段是 LEAFY
在番荔枝中的同源基因片段。基于已得到的番荔枝 LEAFY 同源基因片段,设计 3 条巢式引物,结合
3′-Full RACE Kit 和 5′-Full RACE Kit 使用说明进行 RACE 克隆。扩增产物连接 pMDT-19 载体,转
化大肠杆菌感受态,蓝白斑筛选阳性克隆,经菌落 PCR、酶切鉴定后送样测序。拼接测序结果后设
计 cDNA 全长引物 AsLEAFY-ORF-F 和 AsLEAFY-ORF-R,TaKaRa LA Taq DNA 聚合酶扩增全长后
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番荔枝开花调控转录因子基因 AsLEAFY 的克隆与表达分析.
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测序。通过对测序结果的分析,得到了 1 236 bp 的全长 cDNA 序列。其中 A、T、G 和 C 碱基含量
分别为 24.1%,19.83%,30.86%和 25.21%。NCBI 数据库检索结果表明,该序列属于 FLO-LFY 基
因超家族。该 cDNA 序列被命名为 AsLEAFY,已经登录 GenBank,登录号为 KP866145。
图 1 AsLEAFY 特异片段(A)、3′RACE(B),5′RACE 第 1 轮(C)和第 2 轮(D)以及 AsLEAFY 全长基因 ORF(E)扩增产物
Fig. 1 Amplification product of AsLEAFY fragment(A),3′RACE(B),the first 5′RACE(C),
the second 5′RACE(D)and AsLEAFY ORF(E)
2.2 番荔枝 AsLEAFY 基因编码蛋白特性分析
通过 DNAStar 软件分析得到,AsLEAFY 具有一个完整的开放阅读框,共有 1 236 个碱基。利用
NPS 服务器中的 SOPMA 软件对 AsLEAFY 预测蛋白的进行二级结构分析,发现该蛋白主要由 α 螺
旋和无规则卷曲组成。进一步利用 CBS 服务器上的 SignalP 4.0 和 TMHMM 软件进行分析,发现
该氨基酸序列无信号肽结构,不形成跨膜蛋白结构域,这表明 AsLEAFY 不属于膜蛋白或分泌蛋白。
经 CBS 服务器网站 NetPhos 2.0(http://www. cbsdtu.dk/services/NetPhos/)对 AsLEAFY 蛋白序
列进行磷酸化位点分析,结果显示有 12 个 Ser,3 个 Thr 和 2 个 Tyr 可能成为蛋白激酶磷酸化位点。
AsLEAFY 编码的 411 个氨基酸中有 18 个脯氨酸,具有明显的 5′-N 端脯氨酸富集区;第 217 ~ 225
个氨基酸是由连续带负电的天冬氨酸和谷氨酸组成的酸性区。AsLEAFY 蛋白的这些结构都符合典
型的 FLO ~ LFY 蛋白超家族的结构特征。其他常见的该超家族的结构特征,如赖氨酸富集区和亮氨
酸拉链结构,在 AsLEAFY 编码蛋白中都没有发现。
利用 ExPASy 在线软件 ProtParam 进行分析,AsLEAFY 预测编码一个含有 411 个氨基酸的蛋白,
该蛋白分子式为 C1977H3088N600O601S17 ,分子质量为 45.4 kD,等电点 7.02,带正电残基(Arg + Lys)
为 56 个,带负电残基(Asp + Glu)为 55 个。进一步分析得到,该蛋白的不稳定系数为 45.57,脂
肪系数为 65.40,平均亲水性系数为–0.632。分析发现 AsLEAFY 蛋白含有一个典型的 Floricaula/leafy
protein 结构域(IPR002910)。拟南芥中的同源基因 AtLEAFY 已被证明参与了花序发育和花序分生组
织培养的形成(Engelhorn et al.,2014)。在线 SignalP 4.0 Server 分析发现,AsLEAFY 蛋白不含信号
肽。亚细胞定位预测:细胞核定位系数 0.960,微体定位系数 0.288,溶酶体定位系数 0.156,线粒
体基质间隙 0.100。表明 AsLEAFY 蛋白主要定位于细胞核中,是一个控制下游花发育关键基因
CAULIFLOWER(CAL)表达的转录因子(Saddic et al.,2006)。
AsLEAFY 蛋白的保守结构域三维结构模型的构建是以拟南芥 LEAFY 三维结构为模板,发现
162 个氨基酸残基(占整个蛋白的 39%)与对照模型具有 100%的相似度。
2.3 不同植物 LEAFY 蛋白序列比对与聚类分析
将 AsLEAFY 序列提交至美国国立生物技术信息中心(NCBI)的蛋白序列数据库(http://blast. ncbi.
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nlm. nih. gov/ Blast. cgi)进行 BLASTP 相似性搜索。从 NCBI 的非冗余蛋白数据库(Nr)中下载与
AsLEAFY 高度同源的 17 条序列,利用 ClustalW 比对,发现上述蛋白序列相似度极高(图 2)。
图 2 植物 LEAFY 类蛋白氨基酸序列同源比对
Fig. 2 Multiple alignment profile of LEAFY proteins form different plant species
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为了进一步分析 LEAFY 蛋白在不同物种之间的进化关系,利用 MEGA5.1 软件,采用 Neighbor-
joining 方法构建了不同植物物种间 LEAFY 蛋白的系统进化树。本研究中克隆得到的 AsLEAFY 蛋
白及 17 个下载得到的同源蛋白经聚类后,分成两个主要亚家族。多种木本植物多属于聚类Ⅰ,如:
杧果、黄连木、甜橙、板栗、荔枝、杨树。草本植物多属于聚类Ⅱ,如:芥类植物、白菜、萝卜。
番荔枝 AsLEAFY 蛋白属于聚类Ⅰ,但与聚类Ⅰ中的其他物种的亲缘关系并不高(图 3)。
图 3 番荔枝 AsLEAFY 与其他物种 LEAFY 蛋白的系统进化分析
进化树中的数值代表支持率。
Fig. 3 Phylogenetic evolutionary analyses of LEAFY proteins from different plant species
The value of the evolutionary tree represents bootstrap support values.
2.4 AsLEAFY 组织特异性表达分析
AsLEAFY 在 1 ~ 2 mm 长的花蕾中表达量最高,其次是 3 ~ 4 mm 和 5 ~ 6 mm 长的花蕾,表达量
最低的是开花期的花,最高值是最低值的 53.25 倍(图 4)。
图 4 AsLEAFY 在不同花发育阶段的表达
1 ~ 2 mm、3 ~ 4 mm 和 5 ~ 6 mm 为花蕾长度。
Fig. 4 Expression pattern of AsLEAFY in different growth stages of flowers
1–2 mm,3–4 mm and 5–6 mm are flower bud length.
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AsLEAFY 在番荔枝的不同组织器官中表达量的大小依次为:结果枝去叶后的腋芽 > 营养枝去
叶后的腋芽 > 营养枝的顶芽 > 雄蕊 > 雌蕊 > 营养枝的幼嫩叶片 > 结果枝的顶芽 > 子房 > 花
瓣 > 结果枝的幼嫩叶片 > 花瓣 > 萼片;在营养枝的幼嫩茎段、结果枝的幼嫩茎段以及幼果中则
基本检测不到该基因的表达(图 5)。
以上结果表明番荔枝中 AsLEAFY 的表达具有组织特异性。
图 5 AsLEAFY 在不同组织和器官中的表达
Fig. 5 Expression pattern of AsLEAFY in different tissues and organs
2.5 不同催花处理方式对 AsLEAFY 表达的影响
通过分析 AsLEAFY 在不同催花处理方式下的腋芽中的表达量(图 6),发现短截 1/3 并去叶处理
的腋芽中 AsLEAFY 的表达量最高,其次是去顶去叶处理、不去顶去叶处理,对照中的表达量最小。
图 6 AsLEAFY 在不同催花处理的腋芽中的表达模式分析
Fig. 6 Analysis of AsLEAFY gene expression pattern in axillary buds in flower forcing treatments
3 讨论
本研究结果表明,在番荔枝中分离得到的 AsLEAFY 与其它植物的 LEAFY 同源基因有极高的相
似性,特别是木本植物。根据这种结构上的相似性可以推测它们在功能上的相似性。
LEAFY 的表达在不同植物的组织和器官上存在差异。在单子叶植物中,百合 LFY1 基因在幼嫩
的花芽和顶端分生组织中有表达,而在根、茎、成熟的叶片和成熟花中不表达(王爱菊 等,2008);
洋葱 LFY 基因在花序分生组织中有大量表达,花器官形成后,AcLFY 大多累积于叶片中(叶阳阳 等,
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2013);LEAFY 在草莓花芽中的表达量最高,在营养生长的组织中基本不表达,在成熟花器官中同
样不表达(刘月学 等,2012)。而在双子叶植物特别是果树中,龙眼 LEAFY 基因在嫁接苗的幼树期
叶芽中无表达,而在成年树叶芽中有微弱表达(管磊,2008);菲油果 FsLFY 基因在花蕾不同发育
阶段以及其他组织器官中均有表达。在花蕾中,小蕾期最高,中蕾期最低;组织器官中,营养枝茎
段最高,花瓣最低(冯延芝 等,2014)。本研究结果显示,AsLEAFY 在 1 ~ 2 mm 长花蕾中表达量
最高,随着花器官的形成发育,表达量不断降低。这可能与 LEAFY 基因参与促进花分生组织的形成
和花启动有关。花蕾 1 ~ 2 mm 长时是花分生组织形成和花芽各部分分化的关键时期,而 LEAFY 基
因是控制花分生组织形成的关键基因,因此 AsLEAFY 在 1 ~ 2 mm 长花蕾中表达量较高,有利于促
进花器官的正常发育。此外,AsLEAFY 在结果枝去叶后的腋芽中有大量表达,在营养枝去叶后的腋
芽、营养枝的顶芽、雄蕊、雌蕊中也有一定的表达量,而在其他营养生长的组织中表达量较低。结
果枝去叶后的腋芽将来会促发新梢并开花结果,AsLEAFY 在此部位的高表达说明其能促进花分生组
织的形成,并参与维持花分生组织的正常功能,最终促进成花。而营养枝去叶后的腋芽将来只形成
新梢,未能开花,尽管在该组织中也检测到 AsLEAFY 的表达,这说明该基因可能需要达到一个阈值
后才能诱导开花。
通过比较不同催花处理方式对 AsLEAFY 表达量的影响,发现不去顶去叶、去顶去叶以及短截
1/3 去叶处理枝条中部的腋芽的 AsLEAFY 表达量均比对照高,这在一定程度上说明只有去掉叶片和
叶柄,腋芽暴露出来,开花调控转录因子基因 AsLEAFY 才开始大量表达。而短截 1/3 去叶处理和去
顶去叶处理的 AsLEAFY 表达量又比不去顶去叶处理高,这可能由于不去顶去叶处理中没有去掉顶
芽,顶芽的存在又导致激素的平衡发生变化,影响了 AsLEAFY 的表达。短截 1/3 去叶处理的 AsLEAFY
表达量最高,同时短截 1/3 去叶处理的新梢成花率也是最高,这说明 AsLEAFY 的表达与成花密切相
关,在花器官形成初期发挥重要作用。
References
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