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配子体无融合生殖避开了减数分裂和受精作用,产生具有母本基因型的克隆后代,在种子生产和杂种优势利用上有诱人的应用前景。龙须草(Eulaliopsis binata)为禾本科一种新型无融合生殖材料,为配子体无孢子生殖,且存在胚乳自主发生类型,即极核或次生核可不经受精而形成四倍体的胚乳。鉴于农作物如水稻、小麦等的食用部分主要为胚乳,且产量和品质与胚乳直接相关,那么对胚乳自主发生的无融合生殖材料的研究就显得很有意义。
我们根据拟南芥,水稻,玉米等物种的FIE序列的保守区域设计简并引物,以广东星子居群红杆型龙须草的花序为材料,抽提RNA,用RT-PCR的方法扩增到800bp左右的片断,将其克隆到pGEM-T载体上并测序。同时我们以水稻FIE的cDNA克隆制备cRNA探针,通过原位杂交的方法研究FIE基因在无融合生殖龙须草中的时空表达。
主要研究结果:
1.测序结果表明该片断长为826bp,编码275个氨基酸,暂命名为EbFIE1。EbFIE1与已报道的玉米,高粱和水稻等物种FIE基因具有很高的相似性,为龙须草FIE基因特异片断。在此基础上我们可以获得全长cDNA,从而能进一步研究野生型FIE基因和突变.fie基因的同源性及其功能。
2. EbFIE1与玉米FIE1、玉米FIE2、水稻FIE和小麦FIE核苷酸同源性分别为95%、83%、87%、84%,与玉米FIEl、FIE2、水稻FIE、高粱FIE、拟南芥FIE、梓树FIE和桉树FIE氨基酸同源性分别为95%、76%、88%、94%、72%、80%和84%。
3.我们以水稻FIE的cDNA克隆制备cRNA探针作原位杂交,发现龙须草中FIE基因的表达确实存在时空的特异性。FIE仅在雌配子体和雄配子体中表达,而在花的其他部位无杂交信号。孢母细胞形成至单核小孢子时期,FIE主要在雄蕊小孢子中表达,雌蕊中仅大孢子母细胞(无孢子生殖起始细胞)显示有杂交信号:胚囊发育时期,雌配子体细胞有FIE表达,此时小孢子信号减弱;成熟胚有很强的杂交信号,胚乳中则没有。败育子房和花药中完全没有FIE表达。这就说明FIE在雄配子体中的表达逐渐减弱,而在雌配子体中的表达逐渐增强,在种子形成中控制和调节胚乳与胚的发育。
结论:本研究以胚乳自主发生型的无融合生殖龙须草为材料,采用同源序列法,通过RT-PCR克隆了无融合生殖胚乳自主发生相关基因FIE的部分cDNA同源序列,并做了详细的比对分析。此特异片断为FIE全长的获得和龙须草胚乳自主发育分子机理的研究奠定了基础。原位杂交的结果表明FIE在龙须草生殖发育的过程中特异的时空表达,与雌雄配子体发育有关,并参与调节胚和胚乳的发育。