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基因家族分析策略之

花匠小妙招
2024-09-26 07:55

基因家族分析策略之-花发育相关基因家族研究

近年来,通过对拟南芥、金鱼草和矮牵牛等模式植物花发育的研究,分离鉴定了一大批与植物花发育相关的基因，同时也促进了植物花发育相关基因家族的研究。理清基因家族各成员的结构与功能，可为后续阐明植物花发育的分子机理奠定坚实的基础。

花发育介绍

花发育分为开花诱导、花的发端和花器官发育3个阶段,是由多种基因参与的十分复杂的调控过程。

1、开花诱导

开花诱导是植物生殖生长启动的第1阶段,目前已证明开花是受光周期促进、春化促进、自发促进、赤霉素诱导、开花抑制、和碳水化合物诱导等多条途径控制。这些途径通过调控一些开花途径整合基因,如FLOWERING LOCUS T(FT,开花激活子，PEPB家族)、AGA MOUS-LIKE 20（AGL20,开花激活子，MADS家族）、LEAFY(LFY，花分生组织决定基因)和FLOWERING LOCUS C(FLC,开花抑制子，MADS家族)等,实现对植物开花时间的调控。

2、花的发端

植物开花途径整合基因的表达激活花/花序分生组织特异基因,如FRUITFUL(FUL，MADS家族)、CAULIFLOWR(CAL，MADS家族)、LFY和APETALA1(AP1，MADS家族)等,导致茎端分生组织向花序(花)分生组织转化,形成花序(花)分生组织,这一过程称为花的发端。

3、花器官发育相关基因

植物花器官发育的ABC模型是近年研究热点之一。此模型描绘了不同部位的花器官发育受不同基因决定的现象：正常花4轮结构的形成是由3组基因共同完成的，即A基因决定萼片，A和B基因共同决定花瓣，B与C基因共同决定花蕊，C基因决定心皮。

研究发现，除AP2外，ABC三类基因均包含一个高度保守的结构域，即MADS domain。具有该保守区的基因属于MADS box基因家族。

下面给大家介绍一些经典的花发育相关基因家族吧！

一、MADS box基因家族

MADS-box家族是花器官研究最广泛的基因家族，目前在模式植物拟南芥（107）、矮牵牛、烟草（183）水稻（75）和大豆（106）中发现并验证了大量MADS-box基因及其功能，其在花器官发育,开花时间调控,种子和果实发育,以及根、茎、叶等营养器官发育中发挥重要作用,并且有漫长的进化历史。

MADS-box分为2个谱系(TypeⅠ和TypeⅡ)。植物中的TypeⅠ型基因具有1个核心保守的MADS-domain和1个扩展而又高度可变的C-domain。被子植物中发现的MADS-box基因多属于TypeⅡ型基因。TypeⅡ型分为MEF2型和MIKC型2个分支，MEF2型主要存在于动物和真菌中;MIKC型为植物所特有，编码蛋白由MADS-domain、I-domain、K-domain和C-terminal domain 4个域组成。MIKC型进一步分为MIKCC型和MIKC*型，其中，MIKCC型占大多数。

案例分析1

标题：甘蓝中 MADS-box 基因家族的全基因组分析揭示了花发育的遗传和变异

期刊：BMC Plant Biology, 二区，IF= 4.2146

文章链接：https://doi.org/10.1186/s12870-019-1717-y

文章策略：基因家族分析+转录组+qRT-PCR

文章在甘蓝基因组中鉴定了91个MADS-box基因。这些基因分为42个II型和49个I型基因，II型基因进一步分为13个亚科。还确定了甘蓝中MADS-box家族成员的外显子/内含子结构、保守基序分布和染色体位置。BolMADS基因的表达分析表明，大多数MIKCC基因参与了花的发育，这与ABCDE模型一致。

本文详细概述了BolMADS基因及其表达模式，为理解甘蓝中花发育的分子调控和进一步的MADS-box基因的功能表征提供了有用的信息。

二、PEBP基因家族

对植物PEBP家族基因的研究很多，大多围绕其在调控植物开花时间和植物生长形态的模式上。目前为止，在植物中发现了大量的PEBP家族基因，拟南芥中有6个，水稻中有19个，玉米中多达25个。这个家族主要包括3个亚家族:FT－LIKE、TFL－LIKE和MFT－LIKE亚家族。其成员FT基因编码的蛋白产物是可以长距离转运的成花激素,在花形成过程中起关键作用;另一成员TFL1基因则在花序的形成和维持过程中起重要作用。

案例分析2

标题：甘蔗PEBP基因家族分析及新型FT直系同源物的鉴定

期刊：Journal of Experimental Botany, 二区，IF= 6.9920

文章链接：https://doi.org/10.1093/jxb/erab539

文章策略：基因家族分析+转基因功能验证+形态学观察+qRT-PCR

文章共鉴定出13个甘蔗FT基因，2个MFT基因以及4个TFL基因。这些基因都显示出与高粱，玉米，水稻和拟南芥中的FT-like，MFT-like和TFL-like基因高度同源性。拟南芥功能分析表明，甘蔗ScFT3基因可以挽救拟南芥ft-10突变体的晚开花表型，且其表达水平与芽顶端分生组织阶段发育相吻合，这表明ScFT3很可能在甘蔗的花诱导中发挥作用。

花发育相关基因家族参考

方案设计

老师们可在我们给出的花发育相关基因家族参考表中选定想要研究的基因家族（在研究物种中没有发表过文章的），进行常规基因家族生信分析，分析需提供研究物种的基因组/无参转录组数据，如能提供转录组表达量数据则可进行基因家族的表达模式分析。锁定关键基因后，可进行一系列功能验证实验（转基因+组织学观察+qRT-PCR+亚细胞定位+酵母双杂等），提升文章档次。