孔雀草试管开花条件的优化及其分子机制研究

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孔雀草(Tagetes patula L.)属于菊科万寿菊属一年生草本植物,是重要的观赏花卉,有较高的商业价值。目前,孔雀草的组培培养研究比较多,但是鲜有试管开花方面的报道,其开花机制研究更少。本研究拟在本试验之前的研究基础上,进行孔雀草试管苗开花条件的优化;同时,克隆与孔雀草试管苗开花相关的AP1基因,并进行AP1基因在蓝白光条件下试管开花的定量PCR表达分析,以期为孔雀草试管花卉的开发以及探讨试管开花的分子机理提供科学依据。1孔雀草试管开花条件的优化将孔雀草种子接种于MS培养基中,在幼苗生长35d左右接种于单因素(TDZ、ZT)、随机(白糖和KT、白糖和GA3、NAA和GA3)和四因素三水平的正交(PP333、TDZ、ZT、GA3)中,结果如下:(1)在TDZ浓度为0.03mg/L时,可以诱导孔雀草试管开花,开花率为12%;在ZT浓度为1.0mg/L时,有利于花芽的诱导,并且少量的花芽可以试管开花。(2)在白糖浓度为45g/L、KT浓度为0.6mg/L时,有利于花芽的诱导,并在部分处理中发现有试管开花现象;在白糖浓度为45g/L、KT浓度为0.8mg/L时,发现有2株畸形花蕾;在白糖浓度为45g/L、GA3浓度为0.4mg/L,花芽数最多,并在此处理中发现,1株植株中有11个花蕾;在NAA浓度为0.05mg/L、GA3浓度为0.6mg/L时,花芽数最多,并在此处理中发现有试管开花现象。(3)在PP333浓度为0.6mg/L、TDZ浓度为0.03mg/L、 ZT浓度为1.2mg/L、GA3浓度为0.5mg/L时,有利于花芽的形成,并在此处理中发现有少量的试管开花。同时发现有1株植株的花芽数量达17个。(4)蓝光不利于孔雀草试管开花,并发现有白化苗现象。2孔雀草试管苗叶片AP1基因的克隆本文以孔雀草试管苗叶片为材料,成功克隆了孔雀草的AP1-1及AP1-2基因的全长cDNA,并对其进行了生物信息学分析。(1) AP1-1基因全长919bp(GenBank登录号为JX310277),其中5’UTR92bp、3’UTR149bp、3’端poly(A)尾巴25bp,开放阅读框为678bp,编码225个氨基酸。AP1-1定位于细胞核中,为亲水蛋白,不含信号肽,共形成4个卷曲螺旋结构;二级结构主要有α螺旋和无规则卷曲构成,存在亮氨酸拉链结构和一个MADS-box区。此蛋白共有7个磷酸化位点。从系统进化树分析表明,该蛋白与蔷薇科植物的AP1蛋白具有较近的亲缘关系。(2)AP1-2基因开放阅读框为555bp(GenBank登录号为JX310278),编码185个氨基酸。AP1-2定位于细胞质中,为亲水蛋白,不含信号肽,共形成4个卷曲螺旋结构;二级结构主要有α螺旋和无规则卷曲构成,存在亮氨酸拉链结构和一个K-box区。此蛋白共有6个磷酸化位点。从系统进化树分析表明,该蛋白与蔷薇科植物的AP1蛋白具有较近的亲缘关系。3孔雀草试管苗开花过程中AP1基因表达qPCR分析以18S为内参基因,对在蓝、白光条件下不同时期的孔雀草试管苗进行AP1基因的荧光定量PCR。结果发现,孔雀草试管苗在蓝白光下AP1基因都有表达。(1)在蓝光条件下,随着孔雀草的生长,AP1基因的表达量逐渐升高,并在壮苗期达到较高的表达量。出现花芽时表达量开始降低,随着花芽的生长,表达量逐渐升高,并达到最高。(2)在白光条件下,孔雀草在幼苗期的表达量和壮苗期的表达量都较高。随着花芽的分化,表达量开始降低。并随着花芽的继续生长,表达量又开始逐渐升高。到了花阶段,AP1基因的表达量降到最低。本次试验结果表明,AP1基因在植物的整个生长过程中及不同的器官组织中都有表达,在花中的表达量较低。这可能是因为AP1基因和花芽分化过程中的信号转导途径有关。在开花的过程中,AP1基因的表达量减少,进一步证明,AP1基因是与开花有直接关系的基因。同时发现AP1基因在蓝、白光下的壮苗时期的表达量较高,推测AP1基因可能参与了孔雀草的营养生长并在生长过程中发挥作用。
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