石蝴蝶属CYCLOIDEA(CYC)和CINCINNATA(CIN)类TCP基因表达分化的遗传模式分析

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:whg_2001
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石蝴蝶属(Petrocosmea Oliv.)是Oliver于1887年根据采自湖北西部的中华石蝴蝶而建立的,隶属于苦苣苔科(Gesneriaceae)、苦苣苔亚科(Cyrtandroideae)长蒴苣苔族(Didymocarpeae),均为多年生草本植物。该属植物营养体极为相似,但是其花部形态变异却极为丰富。花型变异主要体现在背部花瓣形态多样性上,尤其在背部花瓣长度和空间结构方面存在明显差异。石蝴蝶属植物背部花瓣以及其它花部相关性状的变异可能是由于长期适应不同传粉模式造成的。因此,探究石蝴蝶属植物种间背部花瓣变异的分子遗传分化模式有助于我们进一步理解石蝴蝶属植物形态分化的分子进化机制。这里,我们选择分属于该属两个支系的光喉石蝴蝶(P.glabristoma)和中华石蝴蝶(P.sinensis)开展CYCLOIDEA(CYC)和CINCINNA TA(CIN)类基因的遗传分化模式研究。  TCP转录因子家族的CYC类基因已被广泛证明是两侧对称花的主控基因,具有保守的背特性功能。我们将即将开放的花分成7个部分进行取材,即背部花瓣(DP)、侧部花瓣(LP)、腹部花瓣(VP)、背部退化雄蕊(DS)、侧部退化雄蕊(LS)、可育腹部雄蕊(VS)以及花萼(SEP)。半定量RT-PCR实验结果表明:CYC类基因仅在背部花瓣、背部退化雄蕊和侧部退化雄蕊中表达。  为了检测光喉石蝴蝶和中华石蝴蝶CYC类基因的表达模式分化及其和花冠生长的相关性,我们开展了Real-time PCR表达研究。实验结果表明:CYC类基因,即CYC1C和CYC1D在光喉石蝴蝶和中华石蝴蝶背部花瓣中的表达量存在显著差异,即在中华石蝴蝶(长背部花瓣)表达量较低,在光喉石蝴蝶(短背部花瓣)表达量较高。而且,F1代杂交种中CYC类基因的表达量介于两亲本之间,CYC类基因的表达与背部花瓣的长度成负相关性。  为了进一步了解光喉石蝴蝶和中华石蝴蝶CYC类CYC1C和CYC1D直系同源基因之间差异表达的遗传分化模式,我们首先进行杂交工作,从而使其转移至同一个遗传背景下,也就是将两个直系同源基因变成F1代杂交种中的两个等位基因。杂交植株经过鉴定后,我们采用SNaPshot方法检测相同时期F1代杂交种背部花瓣、背部雄蕊和侧部雄蕊中CYC1C和CYC1D等位基因的相对表达量,实验结果表明F1代杂交种中CYC1C等位基因存在表达差异,而CYC1D等位基因不存在表达差异。结合亲本种光喉石蝴蝶和中华石蝴蝶中CYC类直系同源基因的表达差异,我们推测CYC1C基因在双亲之间的表达分化主要是由顺式调控变化造成的,而CYC1D基因在双亲之间的表达分化则主要由反式调控变化所致。  已有研究表明CIN类基因(TCP基因家族)参与调控模式生物金鱼草叶片边缘和花瓣裂片的生长,影响花瓣裂片表皮细胞的分化和增殖,直接或间接影响其表面曲率发生改变。在我们的研究中,背部花瓣空间结构存在反折程度的不同,例如:中华石蝴蝶(向后反折)和光喉石蝴蝶(向上伸展)。  为了检测光喉石蝴蝶和中华石蝴蝶CIN类基因的表达模式分化与背部花瓣反折程度的相关性,我们分离了CIN类同源基因,并开展了Real-time PCR表达研究。实验结果表明光喉石蝴蝶和中华石蝴蝶中CIN1直系同源基因表达量较高,其在两个种的背部花瓣存在显著表达差异。  为了进一步了解光喉石蝴蝶和中华石蝴蝶CIN类直系同源基因之间差异表达的遗传分化模式,我们采用了SNaPshot方法检测F1代杂交种背部花瓣中CIN1等位基因的相对表达量。实验结果表明F1代杂交种中CIN1等位基因存在表达差异。结合亲本种间CIN1直系同源基因的表达差异,我们推测CIN1基因在双亲之间的表达分化是由于顺式调控变化和反式调控变化共同造成的。  本研究揭示了TCP基因家族中CYC1C、CYC1D和CIN1基因表达模式分化可能导致光喉石蝴蝶和中华石蝴蝶背部花瓣的形态变异。其中,CYC1C基因在亲本间的表达分化主要是由于顺式调控变化而导致的,CYC1D基因在亲本种间的表达分化则主要是由反式调控作用发生变化所致,而CIN1基因在双亲间的表达分化则是由于顺式和反式调控作用同时发生变化所产生。
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