荷花是中国十大传统名花之一，具有很高的欣赏、经济和文化价值。在栽培中发现荷花在每个立叶基部都会形成花芽，但是荷花开花的数量通常比立叶的数目少的多。弱光下花芽的败育可能是荷花开花数量远少于立叶的数目的主要原因。前人研究表明MADS-box基因家族在植物开花过程的调节和控制中起关键作用。本研究通过对荷花的MADS-box基因进行全基因组范围鉴定，共鉴定到50个MADS-box家族成员。对获得的荷花MADS-box基因与拟南芥和水稻的MADS-box基因构建系统发育树，可划分为MIKC（25个基因），MIKC*（1个基因），Mα（14个基因），Mβ（4个基因），Mγ（6个基因）5个亚家族。组织表达量分析显示M型MADS-box基因亚家族中，除M-β亚群外，其他在大多数组织中表现出极低的水平。MADS-box基因表现出与拟南芥或其他植物物种中类似的表达模式，但也存在许多具有独特表达谱的基因。研究进一步通过高通量测序技术分析荷花品种“红晕蝶影”在遮阴处理下的转录组变化，获得6个显著响应弱光处理的MADS-box基因。这些基因可能在荷花响应遮阴调控花芽败育中发挥重要的功能，在未来通过转基因手段进行进一步功能鉴定将有助于揭示其花芽败育的分子机理。
目录
摘要3
关键词3
Abstract3
Key words 3
1 前言 4
1.1 MADSbox基因家族概述4
1.2 MADSbox家族的基因结构及分类4
1.3 研究的目的和意义4
2 材料方法 5
2.1鉴定MADSbox基因5
2.2蛋白质特性分析5
2.3引物设计与PCR扩增5
2.4构建系统发育树5
2.5转录组数据分析5
2.6 植物材料处理，RNA提取和文库构建准备以及测序5
3结果与分析6
3.1 鉴定荷花MADSbox基因6
3.2 荷花MADSbox家族基因的系统发育分析7
3.3 MADSbox基因表达分析10
3.3.1 遮阴处理下荷花转录组及MADSbox 基因分析 13
4 讨论 14
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致谢14
参考文献15
图1 荷花，水稻和拟南芥II型MADSbox基因的系统发育树8
图2 荷花，水稻和拟南芥I型MADSbox基因的系统发育树9
图3 荷花MADSbox基因的系统发育树10
图4 NnMADSbox基因在不同组织中的表达谱12
图5 荷花MADSbox 基因在遮阴处理下表达量分析14
表1 本研究中鉴定的StTPS基因列表6
表2 原始数据的过滤13
表3 参考基因组比对结果统计13
荷花MADSbox基因鉴定及其在花芽发育中的功能分析
引言
1 前言
1.1 MADSbox基因家族概述
MADSbox基因 是一类与花激素相关的基因家族。其名称的组成为四种生物中的蛋白因子的首字母，分别为MCM1、AGAMOUS、DEFICIEN、SRF4，即MADS[1]。被命名为MADSbox，即为编码含有上面所描述的保守序列的蛋白因子的基因[2]。
研究表明几乎所有植物中，尤其是在实验常用的双子叶植物如拟南芥和烟草以及单子叶植物如水稻和玉米中[3]，都有该基因家族的存在；并且在分子水平研究上发现MADSbox几乎遍布基因组[4]。
植物MADSbox基因具有保守程度依次递减的四个区域：MADSbox区域、K区域、I区域以及C区域。这类基因在植物中又被称为MIKC2[5]是由于其各区域保守程度的差异。已知的MADSbox基因家族的I型和II型是按照家族成员的序列结构分类[6]。
1.2 MADSbox基因对植物花器官发育的调控
通过研究金鱼草和拟南芥的花器官突变体总结并建立了ABC模型[7]。这一模型的提出和证明，说明同一组基因调节和控制相领的两轮花器官分化，即这三类基因在调控花器官发育分化的进程中起到协同的作用[7]。新的D基因加入到经典模型，是由对矮牵牛的研究结果中发现的，进而扩展成一个ABCD模型[8]。调控花分生组织形成花原基的基因有AP1、LFY。经过AP1、LFY还有UFO等激活因子的作用后，ABC 基因间可相互协同作用。还有研究阐述LFY能与AG协同维持花分生组织的特征，这也说明AG的作用不仅局限于在雄蕊和心皮的发育过程中起作用[9]。
为了找出参与花器官发育过程的MADSbox基因，将ABC花发育模型中的三类基因分别克隆至拟南芥和金鱼草中。拟南芥中的三类基因分别有：AP1属于A类，AP3和PI属于B类，AG属于C类。金鱼草中的三类分别为： A类是SQUA，B类是DEF和GLO， C类是PLE。上述成功克隆的基因，几乎全部属于MADSbox基因家族，即所有花器官发育中，都有MADSbox基因家族中编码的转录因子参与[10]。
由营养生长转变到生殖分化是植物须经历的过程，起最主要影响作用的是植物的自身信号因子。正调控开花进程的基因包括AGL20、CO（CONSANS）基因、AGL2、 AGL24。此外还有一类起负调控作用的基因包括FLC、FRI(FRIGIDA)。根据Hartmann 等的实验，他们从拟南芥中成功克隆得到一个明显与开花时间的早晚有关联的基因，即SVP(SHORT VEGETATIVE PHASE)基因[11]。
1.3研究的目的、意义
目前国内外对于MADSbox基因家族的研究都有了多方面的进展，但是研究成果主要集中烟草、拟南芥以及一些常见农作物例如水稻、大豆等和夹竹桃、樱花等观赏花卉中。而作为重要的水生花卉及蔬菜，荷花中MADSbox基因仍未见报道。本文系统分析了荷花MADSbox基因家族，并通过高通量测序分析MADSbox家族基因在弱光下的响应，为研究弱光下荷花花芽败育机理奠定基础。
2 材料方法
2.1 鉴定MADSbox基因
为了鉴定荷花基因组中的MADSbox基因，将先前鉴定的拟南芥MADSbox序列提交至Pfam数据库以获得该家族的结构域。从Pfam检索SRF（I型，M型）域（PF00319）和Kbox（II型，MIKC）域（PF01486）的隐马尔可夫模型（HMM），通过HMMER3.0软件在荷花基因组中鉴定MADSbox家族基因（阈值1e5）。最后，使用SMART工具结合Pfam和NCBI数据库进一步验证了这些结构域。缺乏MADS结构域的序列在后续分析中被排除。当基因具有多种转录本时，选择最长的转录本进行后续分析。

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