王 瑩，穆艷霞，王 錦

(西南林業(yè)大學(xué) 園林園藝學(xué)院，云南 昆明 650224)

花器官是被子植物生殖繁育的重要器官，也是植物最為多樣化的器官之一。因生長環(huán)境和繁衍策略不同，各類植物的花器官在進(jìn)化中產(chǎn)生多樣化，從而最大限度確保繁殖成功。雖然部分植物花型較特殊，如蘭科植物、金魚草等，但大多數(shù)花器官具有典型的四輪花部結(jié)構(gòu)，即從外向中心依次為花萼、花瓣、雄蕊、雌蕊(心皮)?；ㄆ鞴偈茄芯恐参镞M(jìn)化、分類的重要依據(jù)，一直以來都是被關(guān)注的熱點(diǎn)。隨著第一個(gè)與花發(fā)育相關(guān)的MADS-box基因從模式植物擬南芥中被克隆，花發(fā)育調(diào)控和相關(guān)基因的研究有了深入推進(jìn)。分子水平的研究顯示，花器官的啟動(dòng)、分化與建成是各類基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控、相互作用共同完成的聯(lián)合機(jī)制，在該機(jī)制下MADS-box基因家族起著關(guān)鍵調(diào)控作用[1]。

MADS-box基因編碼的轉(zhuǎn)錄因子廣泛存在于所有真核生物中[2]，影響著植物各個(gè)器官的形態(tài)發(fā)生與生長發(fā)育，如根系、果實(shí)的生長調(diào)控[3-4]等，對(duì)于MADS-box基因的深入研究是由于其在花器官中的重要功能而引起。MADS得名于酵母的MCMI(Minichromosomemaintenancegene)基因、擬南芥的AGAMOUS(AG)基因、金魚草的DEFICIENCE(DEF)基因和人類血清應(yīng)答因子SRF(Serumresponsefactor)，這些基因均在N端含有一個(gè)約180 bp的MADS-box保守區(qū)域，同時(shí)編碼相同的DNA結(jié)合域并識(shí)別相似的目標(biāo)DNA序列[5]。目前對(duì)MADS-box基因在植物體內(nèi)的功能研究較為全面，在模式植物擬南芥、金魚草、矮牽牛、水稻和玉米中發(fā)現(xiàn)并驗(yàn)證了大量MADS-box基因及其功能[6]；但不同植物中MADS-box基因的表達(dá)模式并非完全相同，結(jié)合同源基因功能探索不同種類植物花器官發(fā)育的模式系統(tǒng)仍需大量研究工作。本文通過總結(jié)近年來MADS-box基因?qū)χ参锘ㄆ鞴侔l(fā)生發(fā)育調(diào)控的研究進(jìn)展，對(duì)其花發(fā)育調(diào)控網(wǎng)絡(luò)機(jī)制進(jìn)行梳理，以便進(jìn)一步開展對(duì)MADS-box同源基因的挖掘與蛋白功能分析，為完善花發(fā)育調(diào)控網(wǎng)絡(luò)和探索不同植物花發(fā)育模式系統(tǒng)奠定基礎(chǔ)。

1 MADS-box基因分類與結(jié)構(gòu)

早期對(duì)MADS-box基因系統(tǒng)發(fā)育的分析根據(jù)基因功能將其分為不同亞家族，隨后通過擬南芥基因組序列比對(duì)，確定該家族基因主要演化支之間的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系，并確認(rèn)在植物、動(dòng)物和真菌中是由1個(gè)祖先復(fù)制產(chǎn)生2個(gè)譜系(Type Ⅰ和Type Ⅱ)[7]。植物中的Type Ⅰ型基因與動(dòng)物中的SRF-like基因聚為一支，其基因結(jié)構(gòu)顯示只含有1～2個(gè)外顯子，編碼蛋白具有1個(gè)核心保守的MADS-domain和1個(gè)擴(kuò)展而又高度可變的Carboxy-terminal domain[8]。因Type Ⅰ型基因的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和功能重要性，越來越多研究學(xué)者開展了對(duì)其的研究[9]。從擬南芥中克隆到的Ⅰ型基因包括AGL23、AGL28、AGL61、AGL62、AGL37、AGL80等，這些基因作用于擬南芥的胚乳，對(duì)雌配子體和胚胎的發(fā)生發(fā)育起重要作用[10-11]。在毛竹中發(fā)現(xiàn)6個(gè)Type Ⅰ型基因?qū)ㄐ虬l(fā)育起重要作用，其中PeMADS5在擬南芥中異位表達(dá)可導(dǎo)致早花現(xiàn)象[12]。

被子植物中發(fā)現(xiàn)的MADS-box基因多屬于Type Ⅱ型基因。Type Ⅱ型分為MEF2型和MIKC型2個(gè)分支，MEF2型主要存在于動(dòng)物和真菌中；MIKC型為植物所特有，包括6個(gè)內(nèi)含子和7個(gè)外顯子，編碼蛋白由MADS-domain、I-domain(intervening domain)、K-domain(keratin-like domain)和C-terminal domain 4個(gè)域組成(圖1)。K-domain是MIKC型的特征序列，C-terminal domain是最不保守區(qū)域，不同的C結(jié)構(gòu)可能導(dǎo)致MADS-box蛋白功能不同。研究表明，I和K結(jié)構(gòu)域參與MADS-box轉(zhuǎn)錄因子的蛋白互作，C結(jié)構(gòu)域作為轉(zhuǎn)錄激活域可能對(duì)穩(wěn)定蛋白互作起作用[13-14]。MIKC型進(jìn)一步分為MIKCC型和MIKC*型，其中，MIKCC型占大多數(shù)，包括所有已知表達(dá)模式或突變表型的植物MADS-box基因[15](表1)。

圖1 MADS-box 蛋白分類與結(jié)構(gòu)[7，8，13-14]Fig.1 Classification and structure of MADS-box proteins

表1 MADS-box基因及其功能[2，14，16-18]

2 MADS-box基因家族調(diào)控花器官發(fā)育

從細(xì)胞學(xué)和解剖學(xué)分析，花發(fā)育起始于分生組織細(xì)胞的轉(zhuǎn)變，這種轉(zhuǎn)變由一系列內(nèi)源因素和環(huán)境因素共同誘導(dǎo)產(chǎn)生，由此啟動(dòng)開花，細(xì)胞從莖尖分生組織(shoot apical meristem，SAM)轉(zhuǎn)變?yōu)榛ㄐ蚍稚M織(inflorescence meristem，IM)，進(jìn)而花序分生組織周邊產(chǎn)生花分生組織(floral meristem)分化成各輪器官；單子葉植物中花序分生組織先產(chǎn)生穗分生組織，再分化花分生組織[2，19]。這一系列過程由開花整合因子(FT、SOC1)、花原基響應(yīng)特征基因(AP1、LFY、CAL、FUL、AGL24)，以及花器官特征基因(ABCDE類基因)作為主要調(diào)控因子聯(lián)合其他因子共同完成?；ㄆ鞴傩螒B(tài)構(gòu)成由多條反應(yīng)通路和眾多家族基因共同調(diào)控，少數(shù)影響較大的因子決定表型差異。MADS-box基因作為關(guān)鍵調(diào)控因子，不同水平的基因表達(dá)，會(huì)特化成不同形態(tài)結(jié)構(gòu)。當(dāng)然，該類基因編碼轉(zhuǎn)錄因子，通過與DNA結(jié)合或蛋白間互作對(duì)花結(jié)構(gòu)形成也起到不可忽視的作用。此外，MADS-box基因下游靶基因的響應(yīng)同樣導(dǎo)致花器官多樣化的發(fā)生。

2.1 開花啟動(dòng)中MADS-box基因的作用

開花啟動(dòng)的本質(zhì)是信號(hào)傳導(dǎo)與植物細(xì)胞特性轉(zhuǎn)變。目前確定存在6條開花信號(hào)途徑，包括光周期途徑、春化途徑、自主途徑、赤霉素途徑、溫敏途徑和年齡途徑[2]，這些途徑感知到開花信號(hào)并進(jìn)行傳導(dǎo)，通過調(diào)控兩類作用相反的MADS-box基因啟動(dòng)開花，一類是開花強(qiáng)抑制因子FLOWERINGLOCUSC(FLC)和SHORTVEGETATIVEPHASE(SVP)，另一類是調(diào)控花芽分化的開花整合因子和花原基特征基因。春化途徑、自主途徑和溫敏途徑主要通過轉(zhuǎn)錄后調(diào)控、組蛋白修飾的表觀遺傳調(diào)控抑制FLC和SVP基因的表達(dá)，以解除開花抑制狀態(tài)。FLC是MADS-box基因家族成員，可以直接抑制開花整合因子FT和SOC1的轉(zhuǎn)錄表達(dá)抑制開花[20-21]。開花前FLC的本底轉(zhuǎn)錄水平較高，接收開花啟動(dòng)信號(hào)后，一些基因促進(jìn)FLC反義mRNA的表達(dá)，導(dǎo)致其正義mRNA的表達(dá)減弱，同時(shí)染色質(zhì)修飾復(fù)合物通過修飾組蛋白改變FLC染色質(zhì)區(qū)域狀態(tài)，達(dá)到抑制FLC表達(dá)的目的[22-23]。在溫敏途徑中，高溫環(huán)境促進(jìn)FT表達(dá)量上升，SVP則抑制表達(dá)，它能與FLC相互作用負(fù)調(diào)控開花整合因子的轉(zhuǎn)錄活性[24]，進(jìn)而影響開花，但目前具體分子機(jī)制尚不清楚。有趣的是，SVP與花原基特征基因AGL24同為MADS-box基因家族SVP/AGAMOUS-LIKE譜系的旁系同源基因，SVP抑制花器官形成，AGL24卻是開花激活子[25]。單子葉植物小麥中發(fā)現(xiàn)SVP同源基因TaVRT2，它與TaVRN1是春化途徑中的開花啟動(dòng)子，TaVRT2蛋白可以直接與TaVRN1的啟動(dòng)子結(jié)合，介導(dǎo)TaVRN1正反饋環(huán)[18，26]，這與雙子葉植物中SVP調(diào)控不相同，因此SVP及其同源基因?qū)ㄆ鞴傩纬傻恼{(diào)控作用仍需進(jìn)一步研究。光周期途徑、赤霉素途徑和年齡途徑中根據(jù)信號(hào)直接或間接激活FT、SOC1、AP1、AGL24等基因的表達(dá)以啟動(dòng)開花。

2.2 MADS-box基因調(diào)控細(xì)胞分化

開花啟動(dòng)的6大信號(hào)途徑匯聚于2個(gè)關(guān)鍵開花整合因子，即FLOWERINGLOCUST(FT)和SUPPRESSOROFOVEREXPRESSIONOFCONSTANS1(SOC1)。FT不是MADS-box基因，而是一種可移動(dòng)蛋白，被長距離運(yùn)輸至莖頂端激活下游關(guān)鍵基因AP1的表達(dá)，引發(fā)花分生組織在花序分生組織的特定位置產(chǎn)生[27]。SOC1可以將多種途徑的開花信號(hào)進(jìn)行整合，并與AGL24轉(zhuǎn)錄因子相互結(jié)合到對(duì)方啟動(dòng)子上，形成基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)的自我反饋環(huán)，SOC1與AGL24還可形成異源二聚體，協(xié)同調(diào)節(jié)LFY基因的表達(dá)[28]。莖尖分生組織內(nèi)SOC1和其他因子上調(diào)引發(fā)營養(yǎng)生長向花序分生組織特性的轉(zhuǎn)變[29]。

花分生組織的產(chǎn)生需要花原基特征基因(AP1、LFY、CAL、FUL、AGL24)的決定性作用，這些基因除LFY外均為MADS-box基因。APETALA1(AP1)與CAULIFLOWER(CAL)為旁系同源基因，它們的高表達(dá)決定著花分生組織的分化。在擬南芥中，ap1-cal雙突變體在單花位置上產(chǎn)生大量芽增殖，也被稱為“花椰菜表型”，花序分生組織不能分化成花分生組織[30]。雖然FRUITFULL(FUL)只在花序分生組織中表達(dá)，不在花分生組織表達(dá)，但其對(duì)花分生組織的起始分化有重要作用，擬南芥中FUL與AP1對(duì)花分生組織的決定性存在功能冗余[31]。

MADS-box轉(zhuǎn)錄因子通過協(xié)調(diào)各類分生組織中特征基因的表達(dá)變化來控制花發(fā)育的進(jìn)程與開關(guān)，建立新發(fā)育程序的同時(shí)抑制先前的發(fā)育程序。從營養(yǎng)生長到花序分生組織的轉(zhuǎn)變由開花整合因子控制，它整合不同途徑的信號(hào)輸入并誘導(dǎo)轉(zhuǎn)變；隨后開花整合因子SOC1等激活花分生組織特征基因的表達(dá)，在花序分生組織側(cè)面形成花分生組織并抑制花序分生組織特征基因的表達(dá)[16]。有研究表明，SOC1、AGL24和AGL15與染色質(zhì)復(fù)合物相互作用以防止花器官特征基因SEP3被過早激活，從而抑制花分生組織細(xì)胞的過早分化[32]；AP1建立花分生組織后逐漸下調(diào)前期發(fā)育程序并下調(diào)自身激活子和SOC1[33]，當(dāng)然它也上調(diào)基因，如LFY等，共同作用于花分生組織的器官特化；之后AP1與MADS-box基因家族的E類蛋白SEP3形成二聚體，激活參與花器官特化的基因表達(dá)。

2.3 MADS-box基因調(diào)控花器官建成

花分生組織細(xì)胞增殖和擴(kuò)大，經(jīng)花器官特征基因(ABCDE類基因)的調(diào)控在原基側(cè)翼按時(shí)間順序依次從外向內(nèi)形成不同花器官?；ㄆ鞴偬卣骰虺鼳類基因的AP2是AP2/ERF家族外，均為MADS-box基因。對(duì)大多數(shù)基因而言，它們的表達(dá)區(qū)反映功能區(qū)，A類基因在花萼與花瓣中表達(dá)，單獨(dú)調(diào)控花萼形成，與B類基因協(xié)同調(diào)控花瓣發(fā)育；B類與C類基因在雄蕊中共同表達(dá)調(diào)控發(fā)育分化，C類與D類基因調(diào)控心皮與胚珠的形成。A類基因與C類基因具有拮抗作用，相互限制在花原基的表達(dá)位置，從而對(duì)花器官的邊界進(jìn)行限制[34]；也就是說當(dāng)A類基因突變后，C類基因會(huì)在1、2輪的花萼和花瓣中表達(dá)，反之亦然，這是經(jīng)典的“花發(fā)育ABC模型”理論(圖2-a)。據(jù)此分析單子葉植物小花結(jié)構(gòu)與雙子葉植物花器官的對(duì)應(yīng)關(guān)系，為內(nèi)外稃片與萼片同源、漿片與花瓣同源提供證據(jù)[17]?；虻漠愇槐磉_(dá)可能導(dǎo)致花器官結(jié)構(gòu)的改變，如擬南芥三類突變體，而自然界花器官構(gòu)造千差萬別，單子葉百合科植物第1輪花萼瓣化源于B類基因在外三輪中異位表達(dá)(圖2-b)，降低B類基因表達(dá)量影響花被特征形成[35]。在一些低等真雙子葉植物中，如毛茛綱中，B類基因只在部分花瓣中表達(dá)[36](圖2-c)。E類基因在所有花器官形成中功能冗余，如擬南芥的E類基因SEP，sep1-sep2-sep3三突變體只有花萼，SEP4在形成花萼中與其他3個(gè)SEP基因功能冗余，同時(shí)參與其他花結(jié)構(gòu)發(fā)育，sep四突變體花結(jié)構(gòu)整體變?yōu)榫哂行钠钐卣鞯娜~狀結(jié)構(gòu)。不同物種中，E類同源基因產(chǎn)生不同的亞功能化和新功能化，梅花SEP1和SEP4在花分生組織和萼片中表達(dá)，與擬南芥相比，分生組織中缺少SEP2，萼片中多了SEP1，SEP2、SPE3對(duì)于梅花瓣、雄蕊和雌蕊的形成都非常重要[37]。由此可見，MADS-box基因家族的花器官特征基因表達(dá)模式在不同植物中有所差異，擬南芥、金魚草等模式植物作為普遍性代表可以幫助理解花形成過程，進(jìn)一步發(fā)掘更多MADS-box基因在不同類型花器官中的表達(dá)模式和功能作用將有助于完善花發(fā)育理論。

a，不同層面闡釋花發(fā)育模型：基因?qū)用鏋椤癆BC(D)E模型”——花萼：A類基因調(diào)控；花瓣：A+B類基因調(diào)控；雄蕊：B+C類基因調(diào)控；雌蕊：C類基因單獨(dú)調(diào)控；胚珠：D類基因調(diào)控(包括部分C類基因調(diào)控)；E類基因?qū)λ谢ㄆ鞴傩纬善疠o助調(diào)控。蛋白層面為“四聚體模型”，由同源或異源二聚體蛋白再聚合形成四聚體——花萼：AP1-SEP-AP1-SEP；花瓣：AP3-PI-SEP-AP1；雄蕊：AP3-PI-SEP-AG；雌蕊：AG-SEP-AG-SEP；胚珠：AG-SEP-SHP-STK。b，單子葉百合科中B類基因覆蓋前3輪，導(dǎo)致花萼瓣化。c，毛茛綱部分植物中B類基因只在花瓣中表達(dá)。(注： AP2基因不屬于MADS-box基因，其他ABCDE類基因均為MADS-box基因。)a，Interpreted floral development models at different levels. “The ABC(D)E model” was at genes level. Sepals: A-class genes alone specified; Petals: A-and B-class genes combined to specified; Stamens: B-and C-class genes combined to specified; Carpels: C-class genes alone specified; Ovules: D-class genes specified (partially involved C-class genes); E-class genes were required to co-regulated the formation of floral organs. “The quartet model” was at proteins level. Tetramers were formed by homodimer or heterodimer. Sepals: AP1-SEP-AP1-SEP; Petals: AP3-PI-SEP-AP1; Stamens: AP3-PI-SEP-AG; Carpels: AG-SEP-AG-SEP; Ovules: AG-SEP-SHP-STK. b，Petaloid sepals in Liliaceae of monocotyledon resulted as B-class gene covered the first three whorls. c，B-class genes were expressed only in parts of the petals in some Ranunculus. AP2 gene was not a MADS-box gene，the other ABCDE genes were all MADS-box genes.圖2 花器官發(fā)育模型[34-36]Fig.2 Floral organ development models

MADS-box基因的表達(dá)量調(diào)節(jié)花器官形態(tài)建成，在生化層面的調(diào)控即轉(zhuǎn)錄因子編碼的蛋白與目標(biāo)DNA序列相結(jié)合或與蛋白結(jié)合產(chǎn)生互作效應(yīng)。MADS-box轉(zhuǎn)錄因子在植物中調(diào)控復(fù)雜基因，需要高度特異性靶向不同目標(biāo)基因。所有MADS-box轉(zhuǎn)錄因子會(huì)以二聚體形式識(shí)別DNA上的CArG(CC[A/T]6GG)motif，其中MIKCC型MADS-box基因的蛋白二聚體可在兩個(gè)位點(diǎn)與DNA結(jié)合，再以形成四聚體的方式使DNA成環(huán)并改變其結(jié)構(gòu)，抑制或激活靶基因表達(dá)，這種調(diào)控形式具有植物特異性[8]。以B類基因蛋白為例，AP3和PI蛋白僅以異源二聚體形式結(jié)合DNA，它們?cè)谝粋€(gè)自調(diào)節(jié)反饋環(huán)中以自身啟動(dòng)子維持轉(zhuǎn)錄[38]。酵母雙雜交實(shí)驗(yàn)顯示，B類同源蛋白DEF和GLO形成的異源二聚體具有很強(qiáng)的DNA結(jié)合活性。而E類基因編碼蛋白通過形成復(fù)合物作為輔助因子幫助激活A(yù)BC基因，并與這些基因的同源或異源二聚體蛋白形成四聚體，發(fā)揮調(diào)控花器官形成的功能，這是四聚體模型的調(diào)控機(jī)制[39](圖2-a)。不同MADS-box蛋白激活靶基因轉(zhuǎn)錄的能力不同，AP3-PI異源蛋白二聚體在AP3啟動(dòng)子下與CArG-box結(jié)合并不能激活轉(zhuǎn)錄，需與AP1或SEP3蛋白形成三聚體才可激活A(yù)P3基因啟動(dòng)子[40]。

2.4 MADS-box基因調(diào)控下游靶基因

近年來，MADS-box轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控下游靶基因的研究進(jìn)展迅猛，其通過激活下游靶基因誘導(dǎo)花器官形成。首個(gè)鑒定的MADS-box蛋白靶基因是NAC-LIKEACTIVATEDBYAP3/PI(NAP)。NAP編碼植物特有的NAC家族蛋白，在花瓣和雄蕊發(fā)育過程中，由AP3-PI誘導(dǎo)并控制細(xì)胞從分裂到伸長的過渡[41]；同時(shí)隨著花器官形成和果實(shí)的成熟、衰老，NAP類基因的表達(dá)量上調(diào)，推測其與MADS-box基因相互作用以調(diào)控花到果實(shí)的發(fā)育轉(zhuǎn)變[42]。雄蕊與心皮邊界的限制需要SUPERMAN(SUP)基因，AP3、PI和AG基因可調(diào)控SUP在這兩輪花器官邊界的表達(dá)，其調(diào)控機(jī)制目前尚未明確；但有研究提出，SUP也可以抑制B類基因AP3、PI在第4輪心皮中表達(dá)，同時(shí)可以平衡第3、4輪花器官的細(xì)胞增殖[43]。AG蛋白可與SPOROCYTELESS(SPL)基因3’UTR區(qū)的CArG-box類似序列結(jié)合而激活SPL轉(zhuǎn)錄；因此，SPL作為AG的直接靶基因編碼轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控胚珠模式和早期小孢子體的發(fā)生[44]。水稻E類蛋白OsMADS8的靶基因是編碼bZIP轉(zhuǎn)錄因子的OsTGA10，該基因在雄蕊發(fā)育期間優(yōu)先表達(dá)，突變體會(huì)產(chǎn)生雄性不育。OsTGA10對(duì)絨氈層發(fā)育極為重要，可通過與已知絨氈層基因互作發(fā)揮作用[45]。研究MADS-box轉(zhuǎn)錄因子下游靶基因可以更全面地了解花發(fā)育調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，通過基因芯片技術(shù)找到47個(gè)AP3和PI的靶基因，其中11個(gè)主要或僅在花中表達(dá)。在耬斗菜中找到7 049個(gè)AP3-3的直接靶基因[40]。MADS-box轉(zhuǎn)錄因子下游靶基因的類型、作用對(duì)綜合理解花器官發(fā)育與多樣化機(jī)制極為重要，隨著生物技術(shù)的進(jìn)步，從酵母雙雜交到染色質(zhì)免疫共沉淀，發(fā)現(xiàn)更多MADS-box轉(zhuǎn)錄因子的靶標(biāo)基因?qū)⒂兄谕晟苹òl(fā)育調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。

3 討論與展望

花器官發(fā)生發(fā)育研究的幾十年間，研究學(xué)者從細(xì)胞、分子和基因?qū)用嫣剿骰ㄆ鞴贅?gòu)造形成的內(nèi)在機(jī)制，基因表達(dá)研究并不優(yōu)于形態(tài)學(xué)或解剖學(xué)，基因研究的大量數(shù)據(jù)將有助于解決隱藏在表型下的相關(guān)問題；通過基因水平研究人們對(duì)于花發(fā)育的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)已有基礎(chǔ)框架(圖3)，并在不斷完善和發(fā)掘更多調(diào)控節(jié)點(diǎn)，在這些節(jié)點(diǎn)當(dāng)中MADS-box基因家族作為主要調(diào)控因子備受關(guān)注。

→表示調(diào)控具有促進(jìn)作用；─┤表示調(diào)控具有抑制作用；─表示已經(jīng)研究確定的調(diào)控路徑；表示未確定的調(diào)控路徑；*表示該基因不是MADS-box基因；未標(biāo)記的基本均為MADS-box基因。→indicated acceleration; ─┤indicated inhibition; ─ represent this regulatory path has been studied; represent an unspecified regulatory path; * meant the gene was not a MADS-box gene; Genes unmarked were all MADS-box genes.圖3 MADS-box基因調(diào)控花發(fā)育網(wǎng)絡(luò)、花發(fā)育過程和相關(guān)基因[14，20，21，28，43-45]Fig.3 MADS-box genes regulate floral development network，floral development processes and related genes

隨著測序技術(shù)和生物信息學(xué)的發(fā)展，越來越多植物通過基因組或轉(zhuǎn)錄組測序得到深入研究，圍繞不同物種花器官，MADS-box基因家族眾多成員及其功能被一一揭示。如歐洲白樺中BpAP1基因過量表達(dá)可引起早花現(xiàn)象[46]；蘭科植物蝴蝶蘭B類基因PhalPI對(duì)側(cè)瓣和唇瓣發(fā)育起重要調(diào)控作用[47]；青錢柳花發(fā)育雌雄異熟研究顯示，CpAG與GA協(xié)同作用打破花芽休眠，通過GA途徑調(diào)控花發(fā)生[48]；菊花中異位表達(dá)向日葵C類基因HAM59，轉(zhuǎn)基因株系顯示雄性不育與花結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，花盤內(nèi)小花雄蕊轉(zhuǎn)化成花瓣?duì)罱Y(jié)構(gòu)形成重瓣花表型[49]。這些研究僅揭開MADS-box基因家族冰山一角，還有大量成員等待發(fā)掘，未來研究無疑將繼續(xù)提高人們對(duì)花器官發(fā)生發(fā)育復(fù)雜調(diào)控的認(rèn)知，并加強(qiáng)對(duì)MADS-box基因家族更高層次功能的理解，即MADS-box轉(zhuǎn)錄因子形成蛋白復(fù)合物如何通過表觀遺傳修飾調(diào)控靶基因活性，這也是后續(xù)研究MADS-box基因家族的重點(diǎn)之一。

通過擬南芥基因組序列比對(duì)，MADS-box基因家族主要演化支間的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系得到確認(rèn)[7]，在不同植物物種中測定該類基因有助于進(jìn)一步評(píng)價(jià)植物進(jìn)化關(guān)系。從松柏科植物[50-51]和買麻藤目(Gnetales)[52]中克隆出MADS-boxB類和C類基因，研究顯示這些基因存在于被子植物和裸子植物最后一個(gè)祖先中，它們的同源基因在生殖結(jié)構(gòu)中表達(dá)可能早于兩個(gè)類群分化(約3億a前)[38]。雖然裸子植物和被子植物生殖器官同源性尚不明確，裸子植物MADS-box基因?qū)⑹沁M(jìn)一步研究系統(tǒng)進(jìn)化的有力工具。此外，MADS-box基因在較遠(yuǎn)距離的苔蘚、蕨類植物中被發(fā)現(xiàn)[52]，雖與花結(jié)構(gòu)中MADS-box基因不是直系同源，但若要建立完整植物進(jìn)化圖，仍需對(duì)各類植物中MADS-box基因功能進(jìn)行分析。

盡管大量MADS-box基因主要在生殖發(fā)育中發(fā)揮作用，部分該家族基因在營養(yǎng)生長和果實(shí)發(fā)育中也發(fā)揮重要作用。番茄中JOINTLESS基因與葉、花、果實(shí)等器官的脫落有關(guān)[53]；擬南芥中Arabidopsisnitrateregulated1(ANR1)基因控制硝酸鹽以調(diào)節(jié)根的生長[54]。MADS-box基因在被子植物根、莖、葉和胚胎中廣泛表達(dá)，結(jié)合這些表達(dá)模式和基因功能，將有望闡明MADS-box基因在植物形態(tài)進(jìn)化和構(gòu)建中的綜合作用。

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