摘要
紫花地丁（Violaphilippica）、早开堇菜（Violaprionantha）、角堇（Violacornuta），均为堇菜科堇菜属多年生草本植物。其中，紫花地丁和早开堇菜均为两型闭花受精植物，在短日照下为开放花（chasmogamous，简称CH），在长日照下为闭锁花（cleistogamous，简称CL）。而角堇其花型变化不受光周期调控。紫花地丁中观察到CH-CL发育过程中TOMATOMADSBOXGENE6（TM6）和PISTILLATA（PI）基因的表达变化，然而，光周期是否会调节B类MADS-box基因的另一个重要成员APETALA3（AP3）的表达及其对CH-CL的转变影响仍不清楚。那么属于B类MADS-box基因的VphAPETALA3（VphAP3）、VprAPETALA3（VprAP3）和VcoAPETALA3（VcoAP3）如何调控三种堇菜属植物中CH花和CL花的花瓣和雄蕊？VphAP3、VprAP3和VcoAP3的编码序列是否保守？在堇菜属三种植物中的表达是否有差异？针对不同的花型，VphAP3、VprAP3和VcoAP3在花发育过程中的表达模式是否有一定的差异？因此，本实验以三种堇菜属植物为材料，通过生物信息学分析、BiFC、qRT-PCR、原位杂交和酵母单杂交文库筛选，对堇菜属三种植物AP3的表达特征进行比较分析，旨在为两型花发育的分子调控机制提供理论依据。本研究主要结果如下： 1.VphAP3、VprAP3、VcoAP3生物信息学分析 堇菜属三种植物中AP3蛋白均具有典型的MADS-domain和K-domain的保守结构域，AP3蛋白序列motif差异分析发现均存在特殊的euAP3-motif。聚类分析发现，其VphAP3、VprAP3和VcoAP3蛋白与拟南芥、蒺藜苜蓿、烟草、番茄等植物的euAP3类蛋白聚为一支，因此分析VphAP3、VprAP3、VcoAP3基因为euAP3进化系的直系同源基因。 2.B类MADS-box转录因子之间的互作 堇菜属三种植物中PI蛋白均与堇菜属三种植物中AP3蛋白、TM6蛋白存在相互作用；堇菜属三种植物中AP3蛋白、TM6蛋白均与堇菜属三种植物中PI蛋白存在相互作用。即PI蛋白需要AP3蛋白和TM6蛋白协同形成异源二聚体发挥作用，说明堇菜属三种植物的B类MADS-box基因非常保守，可以通过相互作用形成异源二聚体。 3.堇菜属三种植物中VphAP3、VprAP3、VcoAP3在花发育过程中表达特征的比较分析 在紫花地丁和早开堇菜花芽中，随着光周期的延长，VphAP3与VprAP3的相对表达量呈现降低的趋势；在角堇花芽中，随着光周期的延长，VcoAP3相对表达量变化不明显。说明VphAP3与VprAP3的表达会随光周期的变化而变化，而VcoAP3的表达受光周期的影响较小。 4.堇菜属三种植物中VphAP3、VprAP3、VcoAP3花发育过程中时空表达模式的比较分析 在紫花地丁和早开堇菜及角堇中，随着花芽的发育，VphAP3、VprAP3和VcoAP3主要在花瓣与雄蕊中表达。在紫花地丁和早开堇菜中，VphAP3和VprAP3在12h光照对应开放花的花瓣和雄蕊中的表达量高于16h光照对应闭锁花的花瓣和雄蕊。而在角堇中，VcoAP3在12h光照与16h光照对应的开放花中表达量变化不明显。 5.早开堇菜开放花与闭锁花cDNA文库中VprAP3启动子反式作用因子的比较 早开堇菜开放花文库筛选的AP2/ERF转录因子与闭锁花文库筛选的COL4样锌指结构域蛋白均与光周期介导的开花相关，紫花地丁和早开堇菜同样受到光周期的调控，我们猜想可能是AP2/ERF转录因子与COL4样锌指结构域蛋白结合在VprAP3基因启动子调控其VprAP3自身的表达，进而调控两型花的发育。
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