MADS-box转录因子的相互作用及对果实发育和成熟的调控

MADS-box基因编码的蛋白是一类数目庞大的转录因子家族, 通过与其他转录因子相互作用形成同源或异源二聚体, 调控着整个植株的生长发育。文章对近年来MADS-box转录因子的相互作用及对果实发育和成熟的调控作用的研究进展进行了综述, 为了解MADS-box转录因子的作用方式和作用机理及深入研究MADS-box基因对调控果实发育和成熟的作用提供参考。     

植物MADS-box基因的研究进展

MADS-box基因是一类重要的转录调控因子,在动物、植物、真菌中都有分布。在植物中从根、茎、叶到花的发育,果实的成熟MADS-box基因都起作用,尤其是在开花植物中花的发育,开花时间的控制等方面起着重要的作用。综述了MADS-box基因的分类、进化、结构、以及MADS-box基因在植物花器官发育,开花时间的控制,果实的成熟等方面的作用。     

草莓果实MADS-box基因保守片段的克隆与序列分析

根据多种植物MADS-box基因保守区序列设计简并引物,应用PCR技术从草莓绿果中分高出33条MADS-box基因cDNA片段.序列分析表明,这些片段长度在137 - 146 bp之间,包含基因起始密码子.推导的氨基酸序列与已登录的草莓的MADS-box基因同源性超过87％.推导的氨基酸序列与已知的革莓和其他物种调控果实发育成熟的MADs-box基因以及拟南芥的MADS-box家族基因进行系统发育分析,可将这些基因片段分科归入拟南芥MADS-box基因不同亚家族中,证明草莓果实中存在各类MADS-box家族基因,克隆的部分片段可能参与调控果实发育和成熟软化的调节.     

MADS-box转录因子编码基因Vvrin1在草菇不同发育时期的表达分析

草菇是我国土特产出口的主要种类之一,而采后易开伞问题限制了草菇的贮藏及运输。MADS-box转录因子对植物的成熟衰老和真菌的子实体发育起到重要的调控作用。目前尚未见草菇MADS-box转录因子的相关报道。本研究通过生物信息方法及分子生物学的手段对草菇的基因组、转录组数据进行分析,获得了草菇MADS-box转录因子基因Vvrin1。该基因全长1 392bp,含2个内含子,编码419个氨基酸残基。该转录因子含有一个MADS-box结构域,序列与双孢蘑菇Agaricus bisporus、斑玉蕈Hypsizygus marmoreus和灰盖鬼伞Coprinopsis cinerea的MADS-box转录因子相似性分别为71%、67%和61%。通过表达谱数据及荧光定量PCR分析表明Vvrin1基因在草菇子实体伸长期菌柄的表达量出现高峰,具有极显著性差异（P<0.01）,推测该转录因子参与调控草菇菌柄的伸长,菌盖的开伞。这些结果为草菇成熟衰老（特别是开伞）的调控研究提供数据支持。     

不同产地气象因子对宁夏枸杞果实糖分积累的影响

以‘宁杞1号’枸杞为材料,采用高效液相色谱技术,测定不同产地(宁夏银川、甘肃白银和青海德令哈)不同发育时期宁夏枸杞果实中的糖分(果糖、葡萄糖、蔗糖和淀粉)含量,同时对不同产地果实发育期间的气象因子进行监测,探讨主要气象因子对枸杞果实糖分积累的影响。结果表明:(1)在宁夏枸杞果实发育期内,不同产区平均温度和昼夜温差均为银川白银德令哈的变化趋势,平均光照强度为银川白银德令哈。(2)3个产区‘宁杞1号’枸杞的果实发育过程中均以积累己糖(葡萄糖和果糖)为主,蔗糖和淀粉含量很少;成熟果实中己糖含量为德令哈银川白银。(3)影响‘宁杞1号’枸杞果实己糖积累的气象因子在银川产区主要是平均温度、白天均温和平均温差,在白银产区主要是平均温差,白天温度和平均光强也有一定影响,而在德令哈产区主要是平均温差、平均光强和白天均温。研究认为,宁夏枸杞果实发育期间银川产区较高的平均温度和昼夜温差与德令哈产区较强的平均光强和较长的光照时数均有利于枸杞果实己糖积累,而白银产区较大的相对湿度和较弱的光强均成为枸杞果实糖分积累的主要限制因子。     

MADS-box基因在植物发育中的功能

MADS-box基因是一类序列特异的调节基因家族,是同源异型基因。它编码的蛋白质是一类转录因子,在植物的发育尤其在花器官的发育调控中起作用。文章介绍MADS-box基因调控植物开花的作用模式、MADS-box基因间的相互调控以及MADS-box基因功能的研究进展。     

MADS-box基因对花的发育及开花早晚的影响

介绍了植物中MADS-box基因和MADS-box蛋白转录因子的组成,MADS-box基因是一类序列特异的多基因家族,所编码的蛋白即为MADS-box转录因子,它是以二聚体化的形式通过其保守结构域与特定的DNA序列相结合来调控基因的表达.主要介绍了ABC模型及MADS-box基因与花的发育,并介绍了可促进开花的4种MADS-box基因-AGL20、AGL24、CO和SOC1及抑制开花的另外4种MADS-box基因-FLC、FLM、FRI和SVP,最后提出前景和展望.     

宁夏枸杞果实糖积累和蔗糖代谢相关酶活性的关系

通过对枸杞果实发育过程中果实生长模式、蔗糖、果糖、葡萄糖和淀粉含量及糖代谢相关酶活性的测定,研究了宁夏枸杞果实生长发育过程中糖的代谢积累与相关酶活性的关系.结果表明:(1)宁夏枸杞果实发育呈双S"曲线,果实主要以积累己糖为主.(2)蔗糖磷酸合成酶(SPS)活性在果实发育初期处于下降的趋势,在花后19d开始上升,果实转色后又逐渐下降;蔗糖合成酶(SS)活性总体表现为SS分解方向的活性大于SS合成方向的活性,说明枸杞果实发育过程中,SS的活性主要以分解方向的为主;酸性转化酶(AI)和中性转化酶(NI)的活性随果实发育呈上升趋势,但在果实成熟后期有所下降,且AI和NI活性高于合成酶类的活性,较高的转化酶类活性促进了果实内部己糖的积累.(3)在枸杞果实生长发育中,葡萄糖和果糖含量与AI和NI均呈极显著正相关,而与其它酶不具有相关性.说明AI和NI在宁夏枸杞果实的糖代谢中起着主要的调控作用.     

枸杞WRKY_3基因克隆及组织表达分析

以枸杞为材料,采用PCR及RACE方法,克隆了枸杞WRKY转录因子基因cDNA序列,命名为Lb WRKY3,GenBank登录号为KX196192。在生物信息学分析的基础上,进行亚细胞定位、基因表达分析。结果显示:(1)Lb WRKY3开放阅读框ORF长度为1 068bp,编码356个氨基酸。(2)生物信息学分析显示,Lb WRKY3编码蛋白具有一个WRKY结构域,二级结构中不规则卷曲结构所占比例最大(58.67%),延伸链结构次之(18.88%),α螺旋比例为15.82%,β转角最少,仅为6.63%;Lb WRKY3蛋白与案头菊WRKY蛋白、黄花蒿WRKY蛋白相似性较高。(3)亚细胞定位显示,Lb WRKY3蛋白定位于细胞核。(4)实时定量PCR分析表明,Lb WRKY3在根中表达量最高,在花中表达量最低;在枸杞果实发育过程中Lb WRKY3均有表达,表达量随果实成熟逐渐升高,并于35d达到峰值;Lb WRKY3基因在果实中的表达具有组织特异性表达特性(果肉果皮种子)。研究表明,Lb WRKY3基因参与了枸杞果实生长发育调控。     

枸杞WRKY_2基因的克隆及组织表达分析

WRKY是调控果实发育的一类重要转录因子,在植物的生长发育调节、物质代谢调节等生理活动中发挥重要的作用。以宁夏枸杞果实为材料,利用RACE技术克隆枸杞WRKY基因,采用DNAMAN软件分析核酸和氨基酸序列,构建进化树;通过BLASTn和BLASTp进行相似性分析;采用ExPaSy的SOPMA和Phyre 2软件进行蛋白质二级结构预测与3D结构建模;利用qPCR方法检测Lb WRKY_2在果实发育不同时期、不同器官及不同组织的表达特性。结果显示:Lb WRKY_2基因(GenBank登录号为KU955318)开放阅读框1 055 bp,编码335个氨基酸。Lb WRKY_2蛋白二级结构预测发现不规则卷曲(random coil)结构所占比例最大,为43.28%;α螺旋(alpha helix)次之,比例为32.24%;延伸链结构(extended strand) 19.2%;β-转角(beta turn)最少,仅为5.28%。生物信息学分析显示Lb WRKY_2蛋白具有70个氨基酸残基组成的信号肽,与烟草(Nicotiana sylvestris XP 009798860.1)相似度74%、马铃薯(Solanum tuberosum XP 006339686.1)相似度74%、芝麻(Sesamum indicum XP 011093555.1)相似度48%。Real time QPCR结果显示,Lb WRKY_2在枸杞不同的器官中,表达存在差异,在花中的表达量达到最高值,且枸杞果实形成过程的每一阶段Lb WRKY_2都有表达,在果实发育第四阶段表达量最高;Lb WRKY_2在果实的不同组织中的表达量趋势为:果皮种子果肉,以上结果表明枸杞Lb WRKY_2调控枸杞果实生长发育。