DcAG-like基因在胡萝卜瓣化型细胞质雄性不育性发育中的功能分析

【作者】 刘波； 欧承刚； 曹琼文； 赵志伟； 庄飞云；

【机构】 中国农业科学院蔬菜花卉研究所；

【摘要】 胡萝卜细胞质雄性不育(Cytoplasmic male sterility,CMS)分为两大类型:一类是花药败育类型"褐药型CMS";一类是雄蕊完全转变为花瓣状花器官的"瓣化型CMS"。目前胡萝卜杂交种生产中应用最广的是瓣化型CMS,成为胡萝卜杂交育种的基础。然而长期以来对瓣化型CMS的发生机制的研究主要局限于线粒体基因,尚未找到引起胡萝卜育性分化的关键基因。经典的ABCDE模型中C类基因4gmous(AG)突变会导致拟南芥雄蕊被花瓣所替代。通过分析胡萝卜Agmous同源基因Agmous-like(AGL)在胡萝卜瓣化型CMS和育性恢复突变株中表达趋势,探讨AGL基因在瓣化型CMS机制形成中所起的作用。本研究中以胡萝卜瓣化型CMS及其育性恢复突变株为材料,根据花芽大小选取4个不同发育时期(T1~T4)的花序器官,采用扫描电镜观察4个时期的花发育状态,对DcAGLs基因进行系统发育分析,并结合qPCR技术研究AGL基因在瓣化型CMS和育性恢复株之间的表达差异。扫描电镜观察显示,在T1时期,主花序原基中央出现1个顶端分生组织,该时期为生殖生长的初始时期;T2时期,主花序外围的小花序原基先发育成未成熟花序,中间的小花序原基刚刚萌发;T3时期,小花序成熟,花原基开始萌发;T4时期,小花序中的花原基发育成小花蕾。胡萝卜中存在3个AG-like基因:DcAGL1、DcAGL2和DcAGL3,分别编码255、253、244个氨基酸,均包含高度保守的MADS-box和K-box结构域,与人参、矮牵牛AG基因亲缘关系较近。qPCR结果表明3个AGL基因在瓣化型CMS及其育性恢复突变株之间表达变化趋势基本一致,其中在T1时期,AGLs基因表达量在二者之间呈低水平表达并且差异不显著;T2时期,AGLs基因开始表达但在瓣化型CMS系中的表达量显著低于其育性恢复株,在育性恢复株中表达量分别是瓣化型CMS中的3倍、2倍、2倍;在T3、T4时期,3个AGL基因在瓣化型CMS中的表达量均高于育性恢复株。因此,推测在花序原基萌发的T2时期,DcAGLs基因在瓣化型CMS系中表达量显著下调可能是引起胡萝卜雄蕊缺失转变为花瓣状结构的重要因素。更多还原