我國(guó)觀賞植物花型基因研究進(jìn)展

陳艷

摘 要：該文對(duì)我國(guó)近幾年來(lái)有關(guān)花型基因的研究進(jìn)行了綜述，同時(shí)對(duì)花型控制基因的種類進(jìn)行了總結(jié)，指出了我國(guó)這方面的研究進(jìn)展以及不足，以期能為國(guó)內(nèi)觀賞植物研究者提供一些參考資料，為后續(xù)研究指明方向。

關(guān)鍵詞：觀賞植物；花型；基因

中圖分類號(hào) S722 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-7731（2018）06-0043-03

Abstracts：The genes of flowers type were reviewed in this paper in past years. At the same time the pattern of control genes were summarized，and the research progress and shortcomings in this field in our country were pointed out，hoping to provide a reference material for the domestic ornamental plant researchers. At last，it pointed out the direction for following research.

Key words：Ornamental plants；Flower type；Gene

花朵是觀賞植物重要的觀賞性狀之一，一直以來(lái)育種專家致力于研究培育花大、色艷、花型奇特的植物。隨著社會(huì)的發(fā)展，對(duì)花型的研究越來(lái)越深入，對(duì)花型的認(rèn)識(shí)也從表型上升到了基因的層面，機(jī)理研究越來(lái)越深入。迄今為止，普遍被認(rèn)同的是花發(fā)育的ABC-ABCDE模型，目前在相當(dāng)多的植物中都已經(jīng)發(fā)現(xiàn)并分離了A、B、C、D、E類同源異型功能活性的基因，并進(jìn)行了轉(zhuǎn)基因研究，我國(guó)學(xué)者也對(duì)此方面進(jìn)行了一定的研究。

1 花型發(fā)育模型研究進(jìn)展

被子植物花發(fā)育的ABC模型由E.Coen和E.Meyerowitz于1991年提出的，這個(gè)模型概括了在花的不同部位中，不同類型的轉(zhuǎn)錄因子作用不同，從而控制了花部器官的發(fā)育。Angenent等把胚珠看作是花的第五輪器官及把控制胚珠發(fā)育的基因叫做D功能基因，與C類基因功能部分重疊。1991年，Bowman等研究花器官突變體發(fā)現(xiàn)，A、B、C 3類功能基因全部喪失功能后，植物的花器官均變成葉片狀結(jié)構(gòu)，證明了E類基因的存在。

通過(guò)大量的同類基因功能分析比較，進(jìn)一步揭示了A、B、C、D、E類基因在花朵形成中的作用。當(dāng)前普遍認(rèn)為A類基因單獨(dú)決定萼片，A類基因和B類基因共同決定花瓣，B類基因和C類基因共同決定雄蕊，C類基因單獨(dú)決定心皮，D類基因的異位表達(dá)導(dǎo)致萼片轉(zhuǎn)化為心皮和胚珠，D類基因必須在E類基因編碼的SEP蛋白的參與下才能正常表達(dá)[1]，D類基因與C類基因功能部分重疊。而E類基因則分布于從萼片、花瓣、雄蕊、心皮和胚珠等全部5輪花器官，在很大程度上作為橋梁連接MADS-box基因形成復(fù)合體起作用。

通常認(rèn)為A類基因包括AP1和AP2，B類基因包括AP3和PI，C類基因包括AG，D類基因包括AGL11（后命名為STK）、SHP1和SHP2，E類基因有SEP1、SEP2、SEP3和SEP4共4個(gè)成員，同時(shí)也發(fā)現(xiàn)了大量的同源異型功能基因。這5類基因中，若有任何一個(gè)基因發(fā)生突變，都可能會(huì)導(dǎo)致花器官的發(fā)育遭遇缺陷，從而表現(xiàn)出性狀的改變。這些基因除AP2外，其他基因都有一個(gè)高度保守的區(qū)域，叫做MADS-box，它是一個(gè)擁有約180bp的DNA序列。

2 花器官特性基因研究進(jìn)展

2.1 A類基因 A類基因是萼片和花瓣正常發(fā)育所必需的，AP1基因?qū)儆诨ǚ稚M織特征基因[2]，又是花器官形態(tài)特征基因，在花器官發(fā)育上起關(guān)鍵作用[3-4]，和AP2基因相互作用可使萼片和花瓣特異化。有研究發(fā)現(xiàn)，PsAP1基因在萼片中轉(zhuǎn)錄量最高[5]，但是AP1基因在不同品種植物間具有保守性，而在同一個(gè)物種中又存在著功能的分化[6]，AP2參與花型的形成[7]。

2.2 B類基因 B類基因與雄蕊發(fā)育、花瓣發(fā)育息息相關(guān)[8-9]。研究發(fā)現(xiàn)，將擬南芥（Arabidopsis thaliana）AtAP3基因成功轉(zhuǎn)入煙草基因組并表達(dá)轉(zhuǎn)錄，結(jié)果顯示轉(zhuǎn)基因煙草（Nicotiana tabacum）雄蕊與野生型相比明顯變短，說(shuō)明AP3基因特異性地參與雄蕊的發(fā)育并起著至關(guān)重要的作用[10]。B類基因除了與雄蕊、花瓣相關(guān)外，在其他部位也有表達(dá)，在蜻蜓鳳梨（Aechmea fasciata（Lindl.） Baker）中，AP3、PI基因主要在第二、三輪中表達(dá)，在根中也有微量表達(dá)，此外AP3基因在一、二輪中也有微量表達(dá)[11]。同時(shí)，還存在大量的同源異型基因，PcDEF與PcGL0同屬于B類基因，PcDEF參與調(diào)控兜蘭（Cypripedium corrugatum Franch.）的花瓣、唇瓣、蕊柱和萼片等花被的形成，PcGL0在花被形成過(guò)程中，尤其在子房發(fā)育過(guò)程中起重要作用[12]。

2.3 C類基因 C類基因在控制花的雄蕊和雌蕊發(fā)育上具有功能保守性[13]，在蕊柱和子房的形成過(guò)程中起著重要作用，還能夠決定心皮的發(fā)育。擬南芥過(guò)量表達(dá)的AG植株會(huì)出現(xiàn)花瓣轉(zhuǎn)變?yōu)樾廴?，萼片轉(zhuǎn)變?yōu)樾钠さ默F(xiàn)象[14]，Boa AGL6在一定程度上影響羽衣甘藍(lán)（Brassica oleracea var. acephala f.tricolor）突變體花瓣的變化[15]。CjPLE的表達(dá)規(guī)律和CjAGL6相同，總的趨勢(shì)都是在外輪花器官中的表達(dá)量低，而在內(nèi)輪花器中有很高的表達(dá)量[16]。除了對(duì)雄蕊、子房的作用，C類基因還有調(diào)控花瓣發(fā)育的作用，例如，AGL6-3可調(diào)控春蘭（Cymbidium goeringii（Rchb.f.）Rchb.f.）蝶花側(cè)瓣唇瓣化[17]。

2.4 D類基因 D類基因最早就是在矮牽牛（Petunia hybrida）中發(fā)現(xiàn)的，參與胚珠的發(fā)育，對(duì)雌蕊和子房的發(fā)育也起著一定的作用，與C類基因的功能有重疊，在龍膽（Gentiana scabra Bunge）中發(fā)現(xiàn)，D類基因gMADSl基因僅在雌蕊、胚珠表達(dá)[18]。近幾年發(fā)現(xiàn)胚珠的發(fā)育也不僅僅是由D類基因決定[19]，有待于進(jìn)一步的深入研究。

2.5 E類基因 通過(guò)調(diào)控ABC基因的表達(dá)，可以人為地操作每輪花器官發(fā)育狀態(tài)，但是卻無(wú)法使葉片轉(zhuǎn)變成花器官，這預(yù)示著由營(yíng)養(yǎng)器官向花器官轉(zhuǎn)變還有另一類花特征基因參與。在尋找與ABC類基因相互作用的蛋白時(shí)發(fā)現(xiàn)了SEP基因，即E類基因，主要包括FBP2，F(xiàn)BP4，F(xiàn)BP23，F(xiàn)Bf，F(xiàn)BP9，pMADSI2。研究發(fā)現(xiàn)，E類基因在4輪花器官中均有表達(dá)[20-21]，證明E類基因參與花器官的發(fā)育[20-22]。但真正深入研究的是擬南芥的SEP1、SEP2、SEP3，花瓣、雄蕊和雌蕊的發(fā)育需要這3個(gè)E類基因的參與，其他植物研究較少。

3 影響花型發(fā)育的轉(zhuǎn)錄因子

TCP基因家族的轉(zhuǎn)錄因子是植物中特有的一類轉(zhuǎn)錄因子，這個(gè)家族的基因有共同的結(jié)構(gòu)域-TCP結(jié)構(gòu)域。根據(jù)TCP結(jié)構(gòu)域的特點(diǎn)，基因家族又分為2個(gè)亞家族classⅠ和classⅡ。根據(jù)TCP結(jié)構(gòu)域的差異，又被細(xì)分為2個(gè)分支ECE和CIN，其中支又包含有3個(gè)亞類CYC1、CYC2和CYC3?，F(xiàn)有的研究顯示，TCP基因家族基因的功能主要有：參與植物兩側(cè)對(duì)稱花型的發(fā)育[23]、控制植株的分枝及調(diào)控葉片的發(fā)育等。轉(zhuǎn)錄因子基因CmCYC2d對(duì)菊花舌狀花的發(fā)育有重要調(diào)控作用[24]，SQU基因表現(xiàn)出了與其高度同源的LjCYC2基因的這種維持兩側(cè)對(duì)稱性的功能，使轉(zhuǎn)入基因后的舌狀花瓣更好的保持了原來(lái)的兩側(cè)對(duì)稱性[25]。通過(guò)轉(zhuǎn)入LjCYC2基因，在一定程度上改變了花生的花型[26]。

4 轉(zhuǎn)基因研究

當(dāng)前，基于對(duì)花型控制基因的了解上，進(jìn)行了一系列轉(zhuǎn)基因研究，取得了初步成效，結(jié)果見(jiàn)表2。大多數(shù)是構(gòu)建正反義表達(dá)載體進(jìn)行研究，受體植物以煙草、擬南芥較多，成功應(yīng)用的較少。

雖然我國(guó)已對(duì)觀賞植物的花型基因進(jìn)行了一些列研究，但是多集中于矮牽牛、煙草、蘭科等模式植物上，而且同源異型基因較多，鑒定起來(lái)工作量較大；在轉(zhuǎn)基因方面，雖然對(duì)模式植物進(jìn)行了研究，但轉(zhuǎn)化結(jié)果還不穩(wěn)定，未能真正應(yīng)用到生產(chǎn)中去，這將是我們努力的方向。

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（責(zé)編：張宏民）