百脉根LjCYC1基因致非洲紫罗兰花形改变及其功能研究

摘要：利用农杆菌介导法将百脉根花对称性基因LjCYC1转入非洲紫罗兰，进一步探讨其作用和功能。非洲紫罗兰LjCYC1转化植株的表型发生以下变化：（1）花的对称性明显改变，由辐射对称变为两侧对称，出现频率为14.3%；（2）花瓣向花冠基部裂开，且花瓣数减少，出现频率为57.1%；（3）部分或全部雄蕊花瓣化，出现频率为17.1%；（4）雌蕊花瓣化或退化，出现频率为11.4%。本研究为花卉植物的花形调控提供了新途径。

关键词：百脉根；LjCYC1基因；非洲紫罗兰；花对称性；农杆菌介导法；转基因表型

一、花对称性的分子调控机制：从金鱼草到百脉根

花的对称性（floral symmetry）作为被子植物花部结构的典型特征，近年来成为植物发育、进化、生态及分子生物学的研究重点之一。被子植物的花形根据其对称面的有无分为3种（Endress，2001）：辐射对称花（actinomophy，具有多个对称面）、两侧对称花（zygomophy，只有一个对称面）、不对称花（asymmetry，没有对称面）。

自从Luo等（1996，1999）从金鱼草中克隆了CYCLOIDEA后，其花形分子调控机制已经研究得比较清楚，主要是由调控花背部特性的CYC基因、DICHOTOMA（DICH）基因、RADIALIS（RAD）基因和调控腹部特性的DIVARICATA（DIV）基因决定。

花对称性的研究除在金鱼草上取得很大进展外，研究对象已扩展到金鱼草的近缘类群（Green et al.，2010），如菊科、苦苣苔科、豆科、忍冬科和川续断科、十字花科等，甚至扩展到单子叶植物禾本科、兰科等。

二、CYC类基因的系统发育：三大分支的功能探索

系统发育分析表明，在被子植物进化过程中CYC类基因发生过两次大的复制事件，最终形成CYC1、CYC2和CYC3等三大分支（Howarth & Donoghue，2006）。控制花对称性的关键基因CYC和DICH均属于CYC2分支成员，而关于CYC1和CYC3分支功能的研究很少，其功能仍不清楚，只在拟南芥中发现CYC1同源基因TB1抑制玉米侧枝的形成（Aguilar-Martínez et al.，2007）。

Feng等（2006）从豆科植物百脉根（Lotus japonicus）中获得了4个CYC的同源基因，发现LjCYC2为组成型表达，所有的花瓣均呈现背部花瓣属性；LjCYC1编码的蛋白质特异定位于细胞核内，起调控作用（Qin et al.，2004）；通过RNAi基因沉默技术抑制3个LjCYC基因的表达，会引起花背腹轴分化的丧失，所有的花瓣都与腹瓣相似（Wang et al.，2010）。在烟草中转化正义LjCYC3的植株表现为花瓣和雄蕊数减少；而转化反义LjCYC3的植株表现出2朵花有一定程度的融合现象（张寒英 等，2011）。

三、实验应用：利用LjCYC1改良非洲紫罗兰花型

非洲紫罗兰（Saintpaulia ionantha）为苦苣苔科非洲苦苣苔属多年生草本喜阴植物，植株矮小，四季皆可开花，花色丰富，花与叶均有较高的观赏价值。Narendrahe和Mohandas（2003）利用根癌农杆菌将葡聚糖酶——几丁质酶基因转入非洲紫罗兰。

本研究中通过农杆菌介导法将百脉根LjCYC1转入非洲紫罗兰，进一步探讨LjCYC1的作用和功能，以期获得花形改变的非洲紫罗兰转基因植株，为花卉植物的花形调控提供新途径。