白菜花粉發育相關PG基因的進化、表達和功能分化研究

《白菜花粉發育相關PG基因的進化、表達和功能分化研究》是依託浙江大學，由曹家樹擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：白菜花粉發育相關PG基因的進化、表達和功能分化研究
• 依託單位：浙江大學
• 項目負責人：曹家樹
• 項目類別：面上項目

項目摘要

本項目以前期發現的與白菜花粉發育密切相關，分別屬於內切、外切和鼠李糖PG的3個基因（Bra013442、Bra000332、Bra037005）及其2個重複基因（Bra037678、Bra011440）為基礎，針對PG基因家族成員眾多、結構變異、功能分化、基因重複與冗餘等問題，首先利用生物信息學資料庫，對不同組織器官特別是花粉發育相關PG基因家族成員進化模式進行分析，然後採用amiRNA技術和轉基因技術等，重點對3個PG基因及其2個重複基因進行生物學功能鑑定與生化特性分析，比較它們在花粉發育過程中作用模式的異同，繼而對目的PG基因受抑制的轉基因植株和相應擬南芥突變體進行相關基因表達分析比較，探討相關成員間的功能冗餘關係和相互協調關係。這些研究將為從整體上認識白菜等十字花科植物的PG基因家族成員在不同組織器官特別是花粉發育過程中的作用提供可供支撐的理論，為有效控制蔬菜等農作物育性提供依據。

結題摘要

多聚半乳糖醛酸酶（Polygalacturonase，PG）是一類重要的果膠水解酶，與花粉發育和花粉管形成密切相關，在植物有性生殖過程中發揮重要作用。PG屬於植物最大的水解酶家族之一。由於基因組重複事件的發生，PG基因家族眾多成員間在基因結構和表達方式上存在變異和分化。但至今人們對PG家族的科學分類仍缺乏共識，對PG家族成員的分子進化、PG的表達調控方面的認識還非常有限，值得我們深入研究。單個PG基因在花粉發育和花粉管形成過程中可能的功能已經在許多物種中被鑑定，但是對於重複PG基因在這一過程中的表達差異和功能分化仍需進一步的探究。 基於以上認識和存在問題，本項目通過對PG基因的系統發生、基因結構、同線性關係、蛋白進化速率、啟動子變異等多方面進化分析，結合qRT-PCR、啟動子融合表達分析，揭示了三種重要蔬菜作物白菜、黃瓜、甘藍中PG家族成員的進化、表達和可能的功能分化，闡明了PG基因家族在禾本科和雙子葉植物間存在差異的原因。同時，重點針對白菜花粉發育相關的、分別屬於內切、外切和鼠李糖PG的3個基因（At4g20050、At2g43870和At4g33440的同源基因）及其重複基因，通過組織原位雜交和反義RNA、人工microRNA技術，以及對轉基因植株的形態學、細胞學、遺傳學水平觀測分析，明確了這些基因的表達模式、生物學功能和重複基因間存在的功能分化。從PG家族中研究較少的三個亞類（Clade E、Clade F和Clade G）中分別選取了一個基因（BcMF24、BoMF25、BoQRT3），分析了他們的表達模式，初步認識其在花粉發育中可能扮演的角色。通過啟動子元件分析、啟動子-GUS融合表達分析和激素處理實驗，對擬南芥14個花粉發育相關PG基因間的功能冗餘、PG基因的表達調控有了進一步的認識。