第一篇：幾種豆科植物控制花型發育基因—CYC-like基因的比較功能基因組研究

幾種豆科植物控制花型發育基因—CYC-like基因的比較功

能基因組研究

以大豆為代表的豆科作物多數是較為嚴格的自花授粉物種，這使得雜交優勢利用非常困難。授粉類型必須有特定的花形態結構作保障。因此，改變花型發育的關鍵調控基因，就有可能改造花的形態與結構，使異花授粉成為可能。有研究報道，金魚草的CYC基因在花型發育中起了關鍵作用。同時，有研究報道，豆科的不對稱花型是獨立進化而來的，因而相關研究不僅具有重要的應用價值，同時具有重要的理論意義。為此，我們實驗室開展了豆科CYC基因的研究工作。

首先，我們在豆科模式植物百脈根（Lotus japonicus）中用cDNA文庫篩選等方法克隆了3個CYC同源基因，并進而開展了功能研究。RNA原位雜交實驗和RT-PCR實驗證明，LjCYC1、2、3基因在生殖期分生組織(花序、花原基)中有較強的表達，而在不同的花瓣原基中，LjCYC1,2主要在旗瓣表達，而LjCYC3在旗瓣和翼瓣均有較強表達，而在營養期的頂端分生組織中只有LjCYC1有微弱的表達。實驗結果說明，LjCYC1、2、3基因主要參與花器官的發育，尤其是背部器官的發育。轉基因實驗結果表明，過量異位表達Ljcyc1、2基因能夠改變花的對稱性以及花型。

在克隆百脈根CYC基因的基礎上，根據同源克隆的方法，我們在大豆中分離了6個CYC同源基因，分別命名為GmCYC1a, GmCYC1b, GmCYC2a, GmCYC2b, GmCYC3a, GmCYC3b。這6個基因根據序列同源性可以分為三組：GmCYC1a和GmCYC1b為一組，核苷酸序列相似性為95.1%，GmCYC2a和GmCYC2b為一組，核苷酸序列相似性為92.7%，, GmCYC3a和GmCYC3b為一組，核苷酸序列相似性為88.6%。

將豆科中的CYC-like基因通過最大簡約法構建系統進化樹，分析結果顯示這三組序列分別對應百脈根，豌豆，蒺藜苜蓿中的三個CYC基因LjCYC1/PsCYC1/MtCYC1，LjCYC2/PsCYC2/MtCYC2，LjCYC3/PsCYC3/MtCYC3，這說明相對于豆科中的其他物種來說，在大豆基因組中CYC基因至少又發生了一次基因倍增事件。

RNA原位雜交技術分析了大豆中三個CYC基因的時空表達模式：花芽原基起始時，GmCYC1a在花原基背部的狹窄區域表達；花器官原基起始后，GmCYC1a只在心皮原基處表達。GmCYC2a在花序原基和花芽原基的連接處表達，GmCYC2b在早期花芽原基的背部區域表達，隨著花芽原基的進一步發育，GmCYC2b繼續在背部花瓣強烈表達。這一結果表明，在大豆中，雖然CYC基因在發生基因倍增后，在長期進化過程中，同源基因的功能發生了分化，但是，這些基因主要功能仍然與花序與花的發育，花背部器官的發育以及花的不對稱性建立有關。關鍵詞：豆科 花型發育 CYC基因 花型改造