B和E MADS-box基因决定春兰花被的形成

B and E MADS-box genes determine the perianth formation in Cymbidium goeringii Rchb. f.

First author :Lin Xiang ;Affiliations:Huazhong Agricultural University(华中农业大学), Wuhan, China

Corresponding author::Lin Xiang(向林)

Cymbidium goeringii Rchb. f. is an important ornamental plant with a striking well-differentiated lip. Its complex floral architecture presents an exciting opportunity to examine perianth development. In flowering plants, class A, B and E floral homeotic genes play key roles in the specification of perianth identity. In this study, we used a cDNA library of wild-type C. goeringii flower buds for transcriptome sequencing. Eighteen candidate class A, B and E genes (including AP1/FUL-, AP2-, DEF-, GLO-, SEP-, and AGL6-like genes) were identified. qRT-PCR results showed that CgDEF1, CgSEP2 and CgAGL6-1 were strongly detected only in the sepals and petals (SP), and were significantly down-regulated in the lips. CgDEF3, CgDEF4 and CgAGL6-3 were highly expressed in the lips and lip-like petals, but were only minimally detected in the sepals. Yeast two-hybrid analysis indicated that CgDEF1 and CgGLO formed a heterodimer. CgAGL6-1/CgSEP2 and CgDEF1 formed higher order protein complexes with the assistance of the CgGLO protein, and both CgAGL6-1 and CgSEP2 formed a heterodimer. CgDEF3/CgDEF4 could interact independently with CgGLO and CgAGL6-3, respectively; whilst, CgDEF3 and CgDEF4 also formed heterodimers with the assistance of the CgGLO. Based on a comprehensive analysis relating these gene expression patterns to protein interaction profiles, the mechanism of sepal/petal/lip determination was studied in C. goeringii. Furthermore, a hypothesis explaining the sepal/petal/lip determination of C. goeringii is proposed. The lip-quartet ①(CgDEF3/CgDEF4/CgAGL6-3/CgGLO) promoted lip formation, whereas the sepal/petal-quartet (CgDEF1/CgAGL6-1/CgSEP2/CgGLO) promoted sepal/petal formation. These results enrich the current knowledge regarding the mechanism and pathways of perianth formation in orchids.

春兰是一种重要的观赏植物,唇瓣分化良好。其复杂的花卉结构提供了一个令人兴奋的检查花被的发展的机会。在有花植物中,A、B、E类植物的同源基因在花被鉴定中起着关键作用。在本研究中,我们使用野生型春兰花蕾的cDNA文库进行转录组测序。鉴定了18个候选A、B、E类基因(包括AP1/FUL-、AP2-、DEF-、GLO-、SEP-和agl6样基因)。qRT-PCR结果显示,CgDEF1、CgSEP2和CgAGL6-1仅在萼片和花瓣(SP)中有较强的检测,在唇瓣中有较明显的下调。CgDEF3、CgDEF4和CgAGL6-3在唇瓣和类唇瓣中有较高表达,但在萼片中的检测程度很低。酵母双杂交分析表明,CgDEF1和CgGLO形成一个异源二聚体。CgAGL6-1/CgSEP2和CgDEF1在CgGLO蛋白的辅助下形成了更高阶的蛋白复合物,CgAGL6-1和CgSEP2均形成了异源二聚体。CgDEF3/CgDEF4分别与CgGLO和CgAGL6-3相互作用;而CgDEF3和CgDEF4在CgGLO蛋白的辅助下也形成了异源二聚体。在综合分析这些基因表达模式与蛋白质相互作用的基础上,研究了春兰花萼/花瓣/唇瓣的鉴定机制。此外,还提出了一个假说来解释春兰花萼/花瓣/唇瓣的鉴定。唇瓣四基因(CgDEF3/CgDEF4/CgAGL6-3/CgGLO)促进唇瓣形成,而萼片/花瓣四基因(CgDEF1/CgAGL6-1/CgSEP2/CgGLO)促进萼片/花瓣形成。这些结果丰富了目前关于兰花花被形成的机制和途径的知识。

注:① lip-quartet根据有道词典翻译为“唇瓣四重奏”,quartet也有“四分孢子“的意思,联系上下文,CgDEF3等都是基因名称,所以我把它翻译为“四基因”。

通讯作者:向林

(http://chfs.hzau.edu.cn/info/1041/1190.htm)

个人简介:1998-2002 ,湖南农业大学,本科;2002-2009,华中农业大学,博士。

研究方向:蜡梅花香分子生物学研究;国兰花香及花发育分子生物学研究

doi: https://doi.org/10.1111/ppl.12647

Journal:Physiologia plantarum

Published Date:February 15 ,2018

文章排版idea源自公众号:植物类SCI摘要

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