甜樱桃内参基验证与MADS-box基因的克隆及表达分析

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基因的时空表达分析是甜樱桃研究的一个重要方面。但植物材料因为生长环境复杂、个体差异显著,样本制备存在误差难以避免,为了消除样本间存在的误差,需要选择稳定表达的内参基因对试验数据进行校正。在樱桃中已筛选到11个候选内参基因,其表达稳定性也有初步评价,但尚未有对其适用性进行验证的报道。本研究针对从樱桃中筛选出的RPL13等11个内参基因,以‘美早’‘艳阳’‘拉宾斯’‘红灯’‘G5’‘酸大紫’‘莱阳矮樱’‘天水小樱’叶片和‘艳阳’花器官为试材,采用荧光定量PCR法对候选内参基因在不同樱桃亚属植物叶片和‘艳阳’盛花期各花组织部位的表达情况进行相对定量,从而验证所得内参基因的稳定性及适用性;通过与前人研究结果的比较,获得更加确定的结果,为后续研究筛选可靠而合适的内参基因。  在甜樱桃的引种推广过程中,由于品种适应性和环境差异导致非适宜产区果实畸形情况时有发生,且随着栽培区域扩大变得越来越突出。已有不少学者致力于该现象的研究,但多集中在品种比较和形态观察方面,而对相关基因的研究比较少。本研究针对非适宜产区甜樱桃的果实畸形现象,调查了‘美早’‘艳阳’‘拉宾斯’‘红灯’‘萨米脱’‘佐藤锦’‘雷吉娜’等7个品种的畸形果率;以‘美早’‘艳阳’两个成熟期不同的品种花器为试材,采用RT-PCR法克隆甜樱桃花器官发育相关基因,并以实时荧光定量法研究已克隆的甜樱桃MADS-box基因表达状况,以期了解畸形果发生的机理。并通过研究它们的表达规律,探讨其在甜樱桃花器发育中的作用,为解决果实畸形问题提供理论依据。  研究所得结果如下:  1.利用geNorm软件对11个候选内参基因在8个不同樱桃品种叶片中的平均配对变异(V)和基因表达稳定值(M)进行分析,结果显示,RPL13和RP(Π)的M值最小,为表达最稳定的2个内参基因;配对变异值V2/3=0.133,小于默认值0.15,因此RPL13和RP(Π)可以作为不同樱桃品种叶片基因表达分析的内参基因组合。  2.为了进一步验证内参基因CYP2和TEF2在甜樱桃生殖器官中基因表达研究的有效性,对‘艳阳’不同花组织器官中花青素合成相关基因CHS和MYB10的表达进行了分析。结果显示,利用在花组织中表达最为稳定的内参基因CYP2和TEF2进行校正时,CHS和MYB10基因在粉色花瓣中表达量最高,在雌蕊中有少量表达,这一结果与花各组织中花青素的含量相一致,符合CHS和MYB10基因的表达规律。用最不稳定表达GAPDH基因作为内参基因来校正时,CHS和MYB10基因在雌蕊中表达量最高,不符合花青素含量规律。  3.本研究所调查的7个樱桃品种中,‘美早’‘红灯’果实畸形率最高,‘艳阳’‘佐藤锦’‘拉宾斯,次之,‘雷吉娜’‘萨米脱’最轻。果实畸形率最高的两个品种均为早熟品种,其它五个品种成熟期相对较晚,果实畸形程度也较轻。这在一定程度上说明果实畸形的发生与品种的成熟期存在某种联系。  4.对已知植物MADS-box基因核苷酸序列进行比对,在保守区设计兼并引物,进行RT-PCR反应,分离到1个目的片段,测序结果显示,该目的片段与从‘拉宾斯’分离到的PaMADS3基因片段相似性达99%,推测克隆到的目的片段为E类MADS-box基因的一部分。  5.以已报道的甜樱桃MADS-box基因PaMADS2、PaMADS3、PaMADS4、PaMADS基因为研究对象,分析上述4个基因在‘美早’和‘艳阳’花器官不同组织部位的表达情况,以期分离到雌蕊特异表达的基因。试验结果表明,PaMADS2基因在花瓣、雄蕊和整花中高度表达,属于典型的B类MADS-box基因,其表达不具组织特异性。PaMADS3基因在花瓣中高度表达,属于花瓣特异表达基因,在两个品种上表达模式基本一致。PaMADS4基因在两个樱桃品种的全花中高度表达,其它组织表达量稍低,且相互之间比较接近,属于ABCDE模型中的E类基因,参与整个花的分化发育调控。PaMADS5基因在雌蕊和雄蕊中高度表达,是雌蕊和雄蕊的特异表达基因。  6.对PaMADS2/3/4/5基因在‘美早’和‘艳阳’花器官发育不同时期的表达结果分析显示,PaMADS3/4/5三基因的表达模式在高畸形果率的‘美早’和低畸形果率的‘艳阳’两个樱桃品种花器官的不同组织部位和发育时期基本一致,即PaMADS3在花瓣中高度表达,在雌蕊中表达量极低;PaMADS4在各个花器官中均有表达,其中以雌蕊较低;PaMADS5在雌蕊中表达量最高,尤其是盛花期。但PaMADS2基因的表达在两个品种中有所差异,其中在‘美早’的花瓣中始花期最高,然后逐渐降低,而在‘艳阳’的花瓣中以始花期最低,然后逐渐升高。但总体来说,在畸形果率显著不同的两个樱桃品种中,与畸形果产生相关的雌蕊的组织发育过程中,PaMADS2/3/4/5基因的表达模式基本一致,从而说明上述四个基因不是调控雌蕊发育和畸形果产生的关键基因。
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