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单性花的发育是研究器官形成调控机制的重要模型之一。在单性花发育中,绝大多数都在花发育的早期形成了4轮花器官原基,只是由于非正常的性器官在随后发育中的特定阶段发生滞育,只有一种性器官发育成熟并具有功能,才导致了单性花的形成。本实验室对黄瓜雌花中雄蕊发育的研究发现乙烯参与了诱导黄瓜雌花中花药特异的DNA断裂,CsETR1在黄瓜雌花发育6期的雄蕊特异的下调是控制黄瓜雌花雄蕊发育的关键因素。
本项研究的核心问题就是探讨CsETR1是如何在基因表达调控层面上被时空特异性下调的。通过研究CsETR1启动子,并与拟南芥的ETR1启动子比较,发现在两个启动子上都存在着CArGbox顺式作用元件,通过瞬时转录激活实验证明黄瓜的CsMADS1和CUM1能够与黄瓜ETR1启动子上的CArGbox顺式作用元件结合,而这两个蛋白和拟南芥中的B类基因AP3+PI都不能与拟南芥ETR1启动子上的CArGbox顺式作用元件结合。CsMADS1与CsETR1启动子的结合用染色质免疫共沉淀的方法进一步在黄瓜体内得到了验证。通过在拟南芥中转入CsETR1启动子接报告基因和雌激素诱导表达的黄瓜MADS家族蛋白CsMADS1和CUM1,发现这种结合在转基因拟南芥体内表现为CsMADS1和CUM1的表达对CsETR1的表达起转录抑制的作用。
由于这两个黄瓜MADS家族基因的表达有时空特异性,本研究发现的黄瓜MADS基因与ETR1启动子上顺式作用元件的结合作用,可以推测:黄瓜ETR1的器官时空特异性表达变化可能是受到时空特异性表达的MADS家族蛋白转录水平上调控的结果,MADS家族的蛋白通过与黄瓜ETR1启动子上的顺式作用元件相互作用,一定程度上影响了黄瓜ETR1基因表达的时空特异性。
这项研究结果研究了黄瓜雌花雄蕊性别分化的过程中关键基因的表达调控,它不仅帮助我们理解ETR1器官特异性下调的问题,还为我们了解两性花和单性花的演化提供了新的提示。