植物生物学-6花发育分子遗传分析共63页文档
花形态形成的分子遗传学
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尸
时期
于
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之后 这
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也积 累 于 整 个 花 发 育 的 四 个 轮 中
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、
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功 能 组 基 因共 同起 作
。
说 明这三个 基 因 功 能 冗 余 地 用 于 胚 珠 的形 成
此 结论 一 致 的 是 量表 达 的 表 型
,
与
超
用 时形 成 花 瓣
和
功 能 组 基 因 共 同起 作 用 时 形
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、
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功 能 组 基 因起 作 用 时 形 成 雌 蕊
。
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尸
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单 一 突变体 中 心皮 和胚 珠 败育 了 但 在 双重 突 变 体形 成 了嵌 合 心 皮 器 官 和 胚 珠
植物花发育的分子机理
植物花器官发育的分子机理研究进展植物花的发育是植物个体从营养生长向生殖生长转变的结果，相应的分生组织属性也经历了从营养型向生殖型的转变。
首先是花序型的分生组织出现，而后产生苞片原基及花芽。
与花序型分生组织相比，花芽的发育具有决定性，即分生组织的发育最终停止在花器官原基的发育阶段，从此丧失了不断分裂形成新的次生分生组织和新的器官原基的能力。
花器官的分子遗传学主要研究与上述过程有关的一系列调控基因，进而在分子水平上阐明植物花发育的遗传机理。
现就花发育分子模型的发展和完善、不同模型之间的相互关系以及调控基因之间的相互作用等方面，对植物花器官发育的最新研究进展进行综述。
1 花器官发育的ABC模型植物花的发育可以划分为4个阶段：花序的发育、花芽的发育、花器官的发育和花型的发育。
在花发育的分子遗传学研究中，对花器官发育的研究最为深入，并且已有较为成熟的实验模型指导有关的研究工作。
双子叶植物花器官发育的基本单位是轮。
在野生型中，由外向内依次为第1轮萼片、第2轮花瓣、第3轮雄蕊和第4轮心皮。
同源异型突变体通常引起器官的错位发育。
前人通过对拟南芥和金鱼草花的同源异型突变体的研究，提出了“ABC模型”假说。
该模型是20世纪90年代植物发育生物学领域最重要的里程碑，其通俗易懂，并在被子植物中广为应用，使人们能够通过改变ABC 3类同源异型基因的表达而控制花的结构。
ABC模型认为，在花中存在A、B、C 3种类型的器官特异性基因功能区，每个功能区分别控制相邻两轮花器官的发育，即第1轮萼片的特征单独由A功能基因决定，第2轮花瓣的特性由A和B功能基因共同控制，第3轮雄蕊由B和C功能基因共同控制，而第4轮心皮单独由C功能基因决定。
这样，每一个基因或基因对控制花器官相邻两个轮的特征。
据此，ABC模型提出如下假设：(1)出现在每个花器官轮中的同源异型基因的产物相组合，决定该轮器官的发育命运；(2)A和C的功能相互拮抗，即A功能基因能够抑制C功能基因在轮l和轮2中的表达，C功能基因反过来也能抑制A功能基因在轮3和轮4中的表达。
植物发育分子生物学ppt课件
结合的FY基因蛋白产物的共同作用。
FCA mRNA前体
活性mRNA
无活性mRNA
RNA binding RNA binding
WW-蛋白结合
FY
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13
FY 编码一个含WD重复序列、C端含有两个PPLP序列、在真核生物中高度保守的蛋白，
它的酵母同源基因Pfs2p编码参与RNA 3’加工的蛋白质复合体的一个必需组分蛋白,因
精选编辑ppt
5
决定开花的途径被Boss等人（plant cell,16:S18）分为使能够开花（花决定） 和促进开花两类。
促进开花的途径有光周期、激素、光质、环境温度等，这类途径激活开花基因的表 达，被称为综合者（integrator）。
另一类基因通过控制开花抑制基因的表达影响开花，这类基因是enable pathway的基因，它们使开花能够进行。
精选编辑ppt
16
VRN1 、VRN2的功能是抑制FLC的转录，它们提供了对春化的记忆
在对春化作用不反应的突变体vrn1 和 vrn2中，FLC RNA 经过低温处理降低了 含量，但在后续的温暖温度下的生长过程中，FLC RNA的含量增加，而不是正常 的保持低表达。
VRN2 同Suppressor of zeste12 [Su(Z)12] 最为类似，Su(Z)12是 果蝇 (Drosophila )中的polycomb group蛋白,对组蛋白H3上的特定赖氨酸残基进 行甲基化，使该组蛋白覆盖的染色质处于沉默表达状态。这与vrn2突变体中 FLC 基因内含子1部位的染色质对DNAase I超敏感现象一致，这种敏感性通常 与转录活性有关。
花的发育
植物花发育过程的机理09生本3班林良茂摘要:植物花的发育是植物从营养体生长向生殖生长的结果，分生组织属性也经历从营养型向生殖型的转变相应。
首先植物要经过一段营养生长时期，然后在一系列的内、外因素的作用下完成花诱导过程，然后形成花序分生组织、花芽分生组织，最后产生花器官原基并逐步分化为花器官。
本文就花序的发育、花芽的发育、花器官的发育以及花型的发育四个方面浅论花的发育过程的机理。
关键词：植物花发育过程机理前言花器官的正常发育是植物赖以繁衍的基础I1I，一直以来，人们都在寻求揭示植物开花的奥秘，而花发育的研究多限于形态以及开花生理方面。
20世纪80年代以来，随着分子遗传学手段的运用，借助于现代生物技术结合模式植物拟南芥和金鱼草的花发育突变体，花发育的研究在短短十几年内获得了突飞猛进的进展．成为为发育生物学研究中最引入瞩目的热点[21。
随着发育分子遗传学的研究，人们慢慢的知道花发育的过程的机理。
1.花序发育的机理花序的发育是花发育的第一步，标志着植物个体从营养生殖向生殖生长的转变[3]。
植物生理学研究表明，花序的发育一般需要有一定的外界因子诱导，如光照长短、光质、温度、土壤水分等等。
在一定的诱导条件下，营养型顶端分生组织属性发生渐变，到诱导结束，营养型分生组织发生不可逆转的变化，成为花序分生组织。
许多研究表明，植物个体可用不同的部位感知不同的环境因子，然后导致成花。
这表明植物内在存在不同遗传机理来感知不同的环境因子。
相对应基因的突变能使个体对外界因子的感应能力发生改变，因而导致花序的发育时间有所变化。
研究表明Emf、Tfl1和Cen基因直接与植物花序发育的遗传机理有关，对顶端分生组织的属性起着决定的作用。
在前期， Emf突变，功能丧失后，个体发育仅有生殖发育，它对花序的发育有抑制作用，因为突变体表现花序发育的前体。
在后期，当花序顶端分生组织发育后，Tfl1和Cen基因一样，都起着维持花序型顶端分生组织属性的作用。
植物的分子遗传学
表观遗传学在植物生长发育和逆境适应中发挥着重要作用 ，但目前的研究手段和技术仍有限，限制了相关研究的深
入进行。
未来发展趋势预测
单细胞测序和多组学联合分析：随着单细胞测序 技术的发展和多组学联合分析方法的完善，未来 有望在单细胞水平上揭示植物基因表达和调控的 精细机制。
表观遗传学研究的深入：随着表观遗传学研究的 不断深入，未来有望揭示更多植物生长发育和逆 境适应的表观遗传调控机制，为作物遗传改良提 供新的思路和方法。
为植物育种提供理论支持
植物分子遗传学的研究可以为植物育种提供理论支持。通 过对植物基因进行定位和克隆，可以培育出具有优良性状 的新品种，提高农作物的产量和品质。
推动植物基因工程发展
植物分子遗传学的研究还可以推动植物基因工程的发展。 利用基因工程技术，可以将外源基因导入植物体内，改良 植物的性状或赋予植物新的功能。
发展历程
自20世纪50年代以来，随着DNA双螺旋结构的发现、遗传密码的破译以及基因 工程技术的建立，分子遗传学得到了迅速的发展。它不仅揭示了生物遗传的物质 基础，还为人类改造生物、创造新品种提供了有力的工具。
植物分子遗传学研究意义
揭示植物遗传规律
通过研究植物的分子遗传学，可以深入了解植物基因的结 构、功能和表达调控机制，从而揭示植物遗传的规律和特 点。
CRISPR/Cas9等基因编辑技术的应用： CRISPR/Cas9等基因编辑技术为植物分子遗传学 研究提供了强有力的工具，未来有望在植物基因 功能验证、作物遗传改良等方面发挥更大作用。
植物与环境互作的分子机制：植物与环境互作是 植物分子遗传学研究的重要方向之一，未来有望 通过深入研究植物响应环境变化的分子机制，为 作物抗逆育种和生态修复提供理论支持。
花朵的遗传和繁殖方式
花朵的遗传和繁殖方式花朵是植物界最为美丽的艺术品之一，不仅令人愉悦，还在植物的繁殖中起着至关重要的作用。
众所周知，花朵的遗传和繁殖方式对于植物的进化和物种的多样性具有重要意义。
本文将探讨花朵的遗传和繁殖方式，以增进对花卉生物学的了解。
一、遗传方式在花朵的遗传中，常见的遗传方式有两类：无性繁殖和有性繁殖。
无性繁殖是指通过植物自身的一部分来繁殖下一代，而不需要配子的结合。
在花卉领域，无性繁殖方式十分常见，包括根茎蔓延、分株、离体组织培养等。
这种方式既可以保留原植物的全部特征，又能够快速繁殖出大量后代，被广泛用于园艺栽培。
有性繁殖则是指花朵进行有性生殖，通过花粉与卵细胞结合而产生新的后代。
这种方式导致了遗传的重组和多样性的出现，是物种进化和适应环境的重要手段。
有性繁殖的方式包括传粉、自花授粉和异花授粉等。
1. 传粉方式传粉是指花粉从雄性生殖器官传递到雌性生殖器官的过程。
这一过程可以通过风、水或动物来完成。
风媒传粉的花朵通常具有轻盈的花粉和长而柔软的雄蕊，以便在风力的作用下迅速散播花粉。
例如，松树、稻谷等植物的繁殖主要依赖于风媒传粉。
水媒传粉则是通过水介质将花粉传递到雌性生殖器官。
这种方式主要出现在水生植物中，如浮萍、荷花等，它们的花朵通常浮于水面，利用水流将花粉传递至达到授粉的目的。
动物媒介传粉则是通过动物来传递花粉。
花朵吸引动物的方法多种多样，如鲜艳的颜色、芳香的气味、甜美的花蜜等。
昆虫是最常见的传粉媒介，其中以蜜蜂、蝴蝶、蜻蜓等为主。
某些植物还通过吸引鸟类、蝙蝠等动物来实现传粉。
2. 自花授粉和异花授粉方式自花授粉是指花粉从同一花的雄蕊传递至同一花的雌蕊的过程。
这种方式常见于植物自身无法吸引传粉媒介的情况下，以确保繁殖的进行。
自花授粉可以通过花朵的结构和时间上的变化来实现，比如雄蕊和雌蕊先后成熟，避免了同一花朵的自我授粉。
异花授粉则是指花粉从一朵花的雄蕊传递至另一朵花的雌蕊的过程。
这种方式增加了种子的多样性，并促进了物种的适应与进化。
花发育的分子机制 整理
花发育的分子机制摘要一次下午在一个英式花园漫步，我发现了开花植物的多样性和惊人的美丽。
花形态的丰富变化以及相对简单的结构，多样的突变体，使得花成为研究植物细胞凋亡、形态组织模式的一个非常好的模型。
最近的分子遗传研究逐渐表明转录控制在花形成的早起的级联调控，以及最终形成一个鲜明的花结构的形式的复杂的组合机制。
开花植物代表了地球上最大的多样性的生物群体。
自然界中有超过25万现存物种，通过园艺培养和杂交育种等工作也培育了数以千计的物种。
植物所面临的一项巨大的挑战就是在不可预测的环境条件下能够生长。
植物本身能够决定并选择在环境条件有利的时候生成配子和花器官。
配子通过相互传输以及传粉，导致花形式进化的多样化，最大限度地提高繁殖成功率。
尽管如兰花、玫瑰和金鱼草等植物的花非常特别，但是花只包含四个不同的器官类型，他们的发展包含了高度保守的分子机制。
15年前，第一个参与基因从模式生物塔勒水芹克隆，拟南芥和金鱼草中提取出来。
自此，各方面研究都取得了巨大进步。
如花发育的定义和分子遗传学通路的提出，控制花器官形成的时间和空间的基因表达的阐明。
此外，发现的微DNA控制一些花基因的表达，使得研究达到了一个新的水平。
芯片和染色质免疫沉淀技术已被应用来确定转录因子参与花形成的作用目标。
这些转录因子的高阶复合物的功能开辟了新的生化研究的途径。
最终，新的基因具有潜在的建立早期花卉模式，产生各种细胞和四个类型花组织器官组织的特点，并形成最终的花器官。
从这些研究获得的结论，我们越来越清晰地看到了花发生以及发展的机制。
了解花的发生对于农业也具有一定的重要性，例如改善特性，改善粮食品质的种子产量，以及一般园子内的果实的成熟和质量，比如草莓，西红柿，以及辣椒等等。
花形成的基础知识开花植物的发生是一个循序渐进的过程，从胚胎的形成到成熟的植株，都是通过分生组织不断形成器官。
大部分开花植物胚轴是按照一个定型的模式进行细胞分裂，形成一个结构简单，有径向轴和顶部基底轴组成的结构。
花的分子遗传学
2、花结构发育的ABC/ABCE模型
花部器官决定基因因而可以根据它们所影响的器官而分成三类。A类基 因的突变影响萼片和花瓣。B类基因的突变影响花瓣和雄蕊。C类基因的突变 则影响雄蕊和心皮。所有这三类基因都是可转录成蛋白质的同源异型基因。 由这些基因编码的蛋白质都含有一个MADS盒区。 ABC模型认为，萼片的发育是由A类基因单独决定的，花瓣的发育则是A 类基因和B类基因一同决定的。心皮的发育是因C类基因单独决定的，而C类 基因和B类基因一起决定了雄蕊的发育。
第七章 花发育的分子遗传学
一、花的生理形成 二、花结构发育的分子遗传学 三、花发育时空调控的分子遗传学
一、花的生理形成
是由营养生长转向生殖生长的一个过程。 合适的营养（C/N）；合适的光周期（LD/SD）；适合的时间（通 过童期）；适当的温度（春化）；必要的刺激物（GA）等。
二、花结构形成的分子遗传学
SQUAMOSA (SQUA) DEFICIENS (DEF) GLOBOSA (GLO) PLENA (PLE) FARINELLI (FAR)
APETALA2(AP2) APETALA1 (AP1) APETALA3 (AP3) PISTILLATA (PI) PLENA (PLE) AGAMOUS (AG)
Krizek and Fletcher, 2005
参与花结构形成的不同基因突变体表型及表达模式
Krizek and Fletcher, 2005
Okamuro et al., 1993
Hale Waihona Puke Krizek and Fletcher, 2005
三、花时空发育的分子遗传学
植物开花的主要遗传调控途径包括光周期途径、春化作用途径、 GA途径和自主途径等。这些途径调节控制LFY和AP1等开花决定基因。实 现对开花过程的调控。 光周期途径：CO，GI，FT 等。影响长日照条件下的开花途径 春化作用途径：VRN1，VRN2，VRN3，VER2等。通过影响染色质的结构 实现春化作用。 GA途径：GA，GAI，SPY等。通过促进LFY基因的表达和调控DELLA蛋白 的合成完成对开花的诱导作用。 自主途径：FCA，LD，FY，FLD等。通过抑制FRI，FLC等直接促进LFY的 表达，以影响开花。
植物花发育和花色的遗传学研究
植物花发育和花色的遗传学研究随着科技的不断进步，生物学领域的研究也在不断地深化，其中植物花发育和花色的遗传学研究成为了热点话题。
本文将从植物花的发育过程入手，探讨花色遗传机制的研究，以及对遗传学研究的未来展望。
一、植物花的发育过程植物的花是植物体中的生殖器官，产生后代的重要场所。
在植物的生长发育过程中，花的形成被称为花发育，是一个复杂的过程。
花发育分为各个阶段：萌芽期、原基分化期、萼片期、花瓣期、雄蕊期、雌蕊期和果实期。
在每个阶段，不同的基因负责不同的发育程序。
萌芽期，植物生长点经过物质的影响，形成原芽，原芽先是扩大，之后从花蕾基部膨胀，形成苞片和花轴。
而在原基分化期，根据不同植物的特点，原基逐渐分化成不同的花部构造，如花萼、花瓣、雄蕊和雌蕊等。
花发育与花色的具体形成过程，实际上是一个基因调控的过程，影响多个生长因子，同时还与环境、植物内分泌和激素等生理过程有关。
二、花色遗传机制的研究植物花色是受到基因调控的，多数与花瓣颜色相关的遗传因子都位于花革属中，在研究花色遗传机制时，科学家往往先通过遗传分析的方法来确定染色体区域，以及探究某一个或多个全能基因对于花色的调控作用。
花色基因分类上分为革兰氏算法和根据翻译后氨基酸序列的颜色序列树方法。
1、花色素生物合成途径的研究1939年Grierson指出，植物花色与生物合成途径相关的酶和代谢物有关。
目前研究中发现，花色素生物合成途径涉及到多个生物化学反应，这些化学反应使花革素从前花革素B基质发生反应被激活然后转变成茜素酸化合物后再次被激活，最后形成不同的花色素分子。
例如在向日葵中，花色素生成途径中的96%来源于外接源，8个花色素基因分别对应着4种花色素，每一种花色素都有一个可变的基因和一个基本的合成酶基因。
3’-羟基茜色素有一定的特殊性质，可以转化成不同的涂层，从而形成不同的花色素，这是花色基因控制了花瓣颜色的原因。
在花色素生物合成途径上，具有花色素生成反应的酶，如黄黴素氧化还原酶（flavonoid oxidase/reductase）和花革素-双苯酮氧化脱氢酶（anthocyanidin synthase，ANS），是维持花朵颜色的主要因素之一。
花发育的遗传调控
• 2)春化作用对成花的影响和机理
• 春化作用：低温诱导或促进植物成花的效 应
• 春化处理可诱导某些基因的启动或关闭， 最终诱导花的形成。 • 春化基因的分离
2.2内部因子对成花的影响 叶对开花有重要影响。促进开花的物质在叶中 产生并运输到芽中，使叶芽转变为花芽。 2.3生长调节物质对开花的影响 IAA等生长素在短日下大幅度抑制菊花开花 赤霉素可使一些需冷植物在常温下抽苔开花， 使一些短日植物在长日下开花。 激素的平衡变化可导致与成花有关的基因解除 阻遏 成花诱导由自身遗传因子和外界环境因素决定， 是开花基因在时间和空间上顺序表达的结果。 • 1)植物应对外界环境信号，开花时间基因控制 从营养生长转向生殖生长。 • 2)外界环境信号激活花分生组织决定基因。 • 3)花芽分生组织决定基因活化不同区域的花器 官决定基因 • 4)花器官决定基因激活下游的器官构造基因， 形成各轮花器官。
3、花转变的顺序和基因对成花的控制
3.1植物开花的遗传调控
1)开花时间决定基因
在植物开花过程中有一类基因可以不受日照长度的影响，它们的 表达足够触发开花，这一类基因被称为开花时间决定基因 CO是从拟南芥中分离出的开花时间决定基因. CO基因的表达可足 够触发开花
2)．花序分生组织决定基因
EMF\TFL1、CEN基因均与花序发育有关，决定了顶端分生组织的属 性 EMF抑制生殖生长，使营养生长得到保持，其突变体emf失去了这 种能力 TFL1早期抑制、后期维持花序发育，其突变体tfl1叶片减少，花序 提前，无限花序变为有限花序。 CEN突变体cen花芽减少，顶端成花。
• ABCD模型 • ABCDE模型 • 四因子模型
4、成花逆转现象
成花逆转：植物完成成花诱导，其顶端分 生组织开始稳定的生殖生长，但如果环境 条件不适应，植物可能从生殖生长逆转回 营养生长。 类型： 1)花逆转 2)花序逆转 3)部分开花