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西瓜ACC合成酶基因的表达分析与克隆

【摘要】: 植物性别分化是在一定遗传背景控制下的高度复杂的生理生化及形态发生的过程,也是植物发育分子生物学中研究基因表达调控的良好的实验系统及需要探讨的重大问题之一。葫芦科瓜类作物由于其性别分化的特异性导致了花性型的多样性,且其性别表达容易受到外在因子的影响,因此成为植物性别分化研究的经典实验材料。西瓜作为重要的葫芦科瓜类作物,其花性型分化受乙烯影响,因此探索西瓜中乙烯的生物合成、信号转导与花性型分化的关系成为本研究的重点,研究结果对进一步考察植物性别分化的分子调控机制具有重要的指导意义。 本研究依据Genebank中西瓜ACC合成酶基因(ACS)序列设计引物,克隆强雌性系西瓜ACS基因/片段,通过半定量RT-PCR和实时定量PCR分析ACS基因在西瓜强雌性系和普通花性型系中的时空表达情况,为探明ACS基因与西瓜花性型分化和西瓜强雌性状间的关系奠定基础。主要研究结果如下: (1)50mg/L和100mg/L的乙烯利处理西瓜幼苗能够降低西瓜雌花率,高浓度乙烯利溶液(300mg/L和500mg/L)对西瓜植株产生药害作用。 (2)以强雌性西瓜茎尖RNA为模板,克隆得到4个ACS基因/片段,分别为Cit-ACS1、Cit-ACS2、Cit-ACS_3和Cit–ACS_4,与已报道的西瓜ACS基因序列同源性为99.8-100%。构建了ACC合成酶的系统进化树,并分析了Cit-ACS1基因编码蛋白的二级结构和三级结构。 (3)ACS基因表达分析表明:Cit-ACS1基因在普通花性型系TD-2的除雄花成花以外的花器官中表达量均高于强雌性系TD-1,且用50mg/L乙烯利处理幼苗2周后,植株茎尖中Cit-ACS1基因表达上调,雌花率下降,初步推断Cit-ACS1基因低水平的表达有利于雌花分化,高水平表达抑制雌花分化。Cit-ACS2基因仅在西瓜强雌性系TD-1和普通花性型系TD-2的营养器官(幼叶和卷须)中表达,对花性型分化影响较小。Cit-ACS_3基因在西瓜强雌性系TD-1的2-4mm、4-6mm雌花花蕾中表达水平仅为普通花性型系TD-2中的42.9%、19.4%,低水平的表达有利于雌花的产生。Cit-ACS_4基因在西瓜强雌性系TD-1的花蕾、2-4mm雄花花蕾中表达水平低于普通花性型系TD-2,Cit-ACS_4基因高水平表达可能有利于花蕾向雄花分化。Cit-ACS1基因表达丰度最大,在西瓜花性型分化中起主要作用。(4)预测了西瓜ACS基因影响花性型分化的信号转导途径。

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