大花紫薇（Lagerstroemiaspeciosa）是千屈菜科紫薇属高大落叶或半落叶乔木，是在我国广泛栽植的夏季观花乔木。花是植物重要的繁殖器官，也是园林植物最具价值的观赏部位之一。大量研究表明MADS-box家族成员参与了被子植物花发育的调控，但对于大花紫薇MADS-box家族基因功能的研究还较为有限。本研究以大花紫薇重瓣突变体及其子代单瓣大花紫薇为材料，克隆4个大花紫薇花发育相关的MADS-box家族基因，利用多种生物信息学方法分析候选基因的生信特征，结合qRT-PCR与亚细胞定位对基因的时空表达规律进行分析，进一步过表达转化拟南芥与以病毒诱导的基因沉默技术（VIGS）沉默紫薇同源基因，初步解析基因功能。主要结果如下： （1）克隆出4个大花紫薇MADS-box基因LsDEF1、LsAG1、LsAG2、LsAGL42的CDS、DNA全长及基因上游启动子区域序列，从重瓣及单瓣大花紫薇中克隆得到的编码区与非编码区序列均无差别。 （2）4个MADS-box基因具有典型MADS-box家族转录因子基因结构，其编码蛋白均含有1个保守的MADS-MEF2-like结构域和1个K-box结构域，所含氨基酸数目在237aa到252aa之间，相对分子量在27226.13~29065.93Da之间，均为亲水、碱性、不稳定蛋白。此外，4个MADS-box基因编码蛋白均不是分泌蛋白，且不含有跨膜结构域。亚细胞定位结果显示LsDEF1、LsAG2、LsAGL42与GFP的融合蛋白在本氏烟草叶片细胞核中表达，与预测结果一致。 （3）LsDEF1、LsAG1、LsAG2、LsAGL42基因在重瓣及子代单瓣大花紫薇花发育过程中的时空表达模式都存在差异。其中，LsAG1与LsDEF1在瓣化雄蕊中的表达量显著高于单瓣雄蕊，LsAGL42在重瓣大花紫薇的花萼、瓣化雄蕊、雌蕊三个组织部位表达量显著上调，LsAG2在重瓣大花紫薇的雌蕊及花瓣中表达量显著上调，说明其表达具有组织特异性，在大花紫薇雄蕊瓣化过程中具有较为重要的作用。在单瓣及重瓣大花紫薇花发育不同阶段LsDEF1、LsAG1、LsAG2、LsAGL42基因也表现出较为不同的变化趋势，推测它们在大花紫薇花发育过程的调控中不存在功能冗余。 （4）LsDEF1、LsAG1、LsAG2、LsAGL42过表达转基因拟南芥植株不同程度地表现出花器官畸变、早花、莲座叶形态改变、植株矮小等表型，拟南芥内源花发育相关基因表达量也受到了影响。由此可见，LsDEF1、LsAG1、LsAG2、LsAGL42基因对拟南芥花发育过程起到了一定的调控作用。在紫薇中沉默LsDEF1、LsAG1、LsAG2的同源基因，被侵染植株未表现出明显的花器官表型变化。 综上，本研究克隆了大花紫薇花发育相关的4个MADS-box基因并进行了初步的功能分析，结果表明LsDEF1、LsAG1、LsAG2、LsAGL42基因在大花紫薇花发育过程中具有重要调控作用，为大花紫薇雄蕊瓣化机制的阐明、花发育过程分子调控网络构建及通过基因工程技术调控紫薇属植物花发育提供了理论依据。
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