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华中农大傅小鹏团队完成石竹属花发育相关E类基因的鉴定与分析

花匠小妙招
2024-09-27 09:37

康乃馨（Carnation）等石竹属（Dianthus spp.）花卉为世界四大鲜切花之一，具有极高的观赏价值和经济价值。前人研究发现，SEPALLATA（SEP ）基因作为“花四聚体模型”的粘合剂，通过与A、B和C类基因形成四聚体，在花器官发育中起着重要作用。然而，康乃馨等石竹属花卉中SEP 基因数量增多，其在石竹属花发育中的作用机制尚不清楚。

2023年3月，Ornamental Plant Research在线发表了华中农业大学园艺林学学院傅小鹏教授团队题为Identification and characterization of class E genesinvolved in floral organ development in Dianthus chinensis的研究论文。

该研究以石竹属材料‘L’为实验对象，将其花器官发育时期分为6个阶段：成花启动阶段（S1），萼片原基发育阶段（S2），花瓣原基发育阶段（S2），雄蕊原基发育阶段（S3），心皮原基发育阶段（S5），花器官原基分化后期（S6）。通过对这六个时期花发育的转录组分析发现，E类基因在花原基发育过程中表现出不同的表达模式。进一步定量实验分析发现，其组织和特定发育阶段的表达模式在不同亚分支中也存在差异。

图1 D.chinensis ‘L’的不同花器官原基发育阶段花的转录组测序

图2 D. chinensis ‘L’ 中E类基因在不同组织和发育阶段的表达分析

为了挖掘E类基因与A、B、C类基因的相互作用模式，该研究利用了酵母双杂和双分子萤光互补实验进行探究。研究发现，与DcSEP1和DcSEP4-1蛋白相比，DcSEP3-1、DcSEP3-2、DcSEP4-2和DcSEP4-3与更多的A、B和C类蛋白存在相互作用。其中只有DcSEP3s和DcSEP4s蛋白与A、B和C三类蛋白相互作用，有趣的是DcSEP3-1蛋白只与A类的DcAP1蛋白相互作用，而DcSEP3-2蛋白只与DcFUL1蛋白相互作用。此外，转基因实验表明，在拟南芥中过表达DcSEP3-2 基因导致转基因植株出现开花早、莲座叶小、矮化和花器官异常等表型，而过表达DcSEP3-1 的转基因株系仅表现出早花表型。

综上所述，该研究系统的鉴定和分析了石竹属植物花发育关键基因E类MADS基因，并发现E类基因的两个DcSEP3s可能发生亚功能化，为揭示康乃馨花发育的分子机制的奠定了基础。

华中农业大学园艺林学学院博士研究生张晓妮（现入职佛山鲲鹏现代农业研究院）和吴全淑为论文的共同第一作者，华中农业大学园艺林学学院傅小鹏教授为该论文的通讯作者，包满珠教授参与了本研究。本研究得到了国家自然科学基金项目（32072607）的资助。

团队介绍：

傅小鹏教授团队长期从事于石竹属等重要观赏植物种质资源收集、利用与创新，聚焦观赏植物花发育及花型调控相关分子机理的研究。项目团队先后承担国家重点研发计划子课题、中国自然科学自然基金面上项目、湖北省自然科学基金项目等多个科研项目。近五年来，研究成果在Plant Biotechnol J.、J. Exp. Bot.、 Horticplant J、Sci. Hortic. 等SCI期刊发表。