摘要: 花是被子植物最重要的创新性状，花的起源则一直是植物学家关注的焦点之一。近年来的研究表明，MADS-box基因在花的发育和起源中起到了重要作用。根据花发育的“ABC”和“ABCDE”模型，参与花和花器官发生、发育的MADS-box基因主要分布在AP1、AP3、PI、AG... 展开 花是被子植物最重要的创新性状，花的起源则一直是植物学家关注的焦点之一。近年来的研究表明，MADS-box基因在花的发育和起源中起到了重要作用。根据花发育的“ABC”和“ABCDE”模型，参与花和花器官发生、发育的MADS-box基因主要分布在AP1、AP3、PI、AG、STK、AGL2和AGL9等基因支系（或亚家族）中，也称花发育MADS-box基因。而根据“四聚体”模型，这些MADS-box基因的蛋白质需要先形成二聚体和四聚体才能调控下游基因的表达。因此，要想了解花发育MADS-box基因在花起源中的作用，不但要认识这些基因本身的进化历史，而且要了解其在蛋白质水平上的相互作用及其进化。前人虽然已对MADS-box基因及其在蛋白质水平上互作关系的进化历史进行了研究，但由于缺少最基部被子植物的数据，无法为花起源的分子机制提供太多答案。本论文从最基部被子植物(basalmost angiosperms)的代表——无油樟(Amborellatrichocarpa)和萍蓬草（Nuphar pumila）——中克隆了花发育MADS-box基因并研究了它们在蛋白质水平上的相互作用，重建了互作关系在现存被子植物祖先中的状态。主要结果包括: 1)从无油樟和萍蓬草中分别扩增得到了9个和10个花发育MADS-box基因。系统发育分析的结果表明，它们属于AP1、AP3、PI、AG、STK、AGL2和AGL9等7个支系，它们编码蛋白质的C末端都包含有支系特异的氨基酸序列（或基元）。根据物种和所属基因谱系的不同，将无油樟中的基因分别命名为Am.tr.AP1、Am.tr.AP3.1、Am.tr.AP3.2、Am.tr.PI.1、Am.tr.PI.2、Am.tr.AG、Am.tr.STK、Am.tr.AGL2和Am.tr.A GL9;将萍蓬草中的基因分别命名为Nu.pu.AP1、Nu.pu.AP3.1、Nu.pu.AP3.2、Nu.pu.PI.1、Nu.pu.PI.2、Nu.pu.AG、Nu.pu.STK.1、Nu.pu.STK.2、Nu.pu.AGL2.1和Nu.pu.A GL2.2。其中无油樟和萍蓬草中分别有两对（即Am.tr.AP3.1和Am.tr.AP3.2，及Am.tr.PI.1和Am.tr.PI.2）和四对（即Nu.pu.AP3.1和Nu.pu.AP3.2，Nu.pu.PI.1和Nu.pu.PI.2，Nu.pu.STK.1和Nu.pu.STK.2及Nu.pu.A GL2.1和Nu.pu.A GL2.2）基因是通过近期的基因重复事件产生的。 2)利用酵母双杂交技术检测了无油樟中花发育MADS-box基因在蛋白质水平上相互作用的能力。在无油樟的9个基因所能形成的36个潜在的异源二聚体组合及9个同源二聚体组合中，检测到15个异源二聚体组合及2个(Am.tr.AP1和Am.tr.AGL9)同源二聚体组合能够形成。 3)利用酵母双杂交技术检测了萍蓬草中花发育MADS-box基因在蛋白质水平上相互作用的能力。萍蓬草中10个基因所能形成的55个同源/异源二聚体组合中，我们能够检测到21个异源二聚体和2个（Nu.pu.AGL2.2和Nu.pu.STK.1）同源二聚体的形成。利用RT-PCR技术检测了萍蓬草中7个基因的表达模式，发现大多数基因都有相对较广的表达范围。这些结果表明，上述基因编码的蛋白质既有互作的能力，也有互作的机会。 4)对花发育MADS-box基因在蛋白质水平上互作关系的进化进行了研究。在7个支系所能构成的21个支系间组合及7个支系内组合中，有10个组合能够形成保守的互作，2个形成保守的不互作，16个形成不保守的互作。一些在被子植物起源之前及被子植物进化早期能够形成同源二聚体的蛋白逐渐向异源二聚体转变。这些结果支持前人的“花发育MADS-box基因在蛋白质水平上的互作关系在总体上是保守的”结论。 5)在上述工作的基础上，重建了现存种子植物的最近共同祖先、现存被子植物的最近共同祖先以及现存单子叶植物和真双子叶植物的最近共同祖先这三个祖先结点中花发育MADS-box基因在蛋白质水平上互作关系的模式。结果表明:虽然重复事件的发生使得花发育调控网络复杂化，但其核心框架一直较为保守。 通过上述研究，发现被子植物起源之前花发育MADS-box基因在数目及互作关系上的复杂化促进了花的起源，其中，一些支系中同源二聚体向异源二聚体的转变可能具有关键的作用。在被子植物多样化的过程中，虽然不同类群中各自有其特异的重复事件发生，但与花器官形成密切相关的互作关系一直较为保守，这也反过来说明这些互作关系的重要性。 收起