擬南芥花分生組織決定基因AGL24對(duì)花發(fā)育的影響

江為 谷慧英 王志敏 宋明 湯青林

（西南大學(xué)園藝園林學(xué)院 南方山地園藝學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 重慶市蔬菜學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 400715）

擬南芥花分生組織決定基因AGL24對(duì)花發(fā)育的影響

江為 谷慧英 王志敏 宋明 湯青林

（西南大學(xué)園藝園林學(xué)院 南方山地園藝學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 重慶市蔬菜學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 400715）

AGAMOUS-LIKE 24（AGL24）基因編碼MADS蛋白，在植物花發(fā)育的不同時(shí)期發(fā)揮著重要的作用。綜述了AGL24如何通過(guò)和其他花分生組織決定基因的相互作用來(lái)影響擬南芥花的發(fā)育，調(diào)節(jié)開(kāi)花時(shí)間，這將有助于人們對(duì)開(kāi)花基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)有更進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，能夠在生產(chǎn)上有效的調(diào)控開(kāi)花時(shí)間，從而為植物育種提供借鑒。

擬南芥 AGL24 花發(fā)育

高等植物通過(guò)自主途徑、光周期途徑、低溫春化途徑以及赤霉素途徑等響應(yīng)發(fā)育及環(huán)境信號(hào)，調(diào)節(jié)植物從營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)向生殖生長(zhǎng)轉(zhuǎn)變。在擬南芥中，自主途徑會(huì)響應(yīng)植物不同發(fā)育時(shí)期的內(nèi)源性信號(hào)；光周期途徑和春化途徑受光照時(shí)長(zhǎng)和溫度變化等環(huán)境信號(hào)調(diào)控［1，2］；赤霉素是非誘導(dǎo)性條件下開(kāi)花所必須的，施加外源赤霉素能夠促進(jìn)開(kāi)花。目前對(duì)擬南芥突變體庫(kù)的研究發(fā)現(xiàn)，至少有20個(gè)基因參與對(duì)植株開(kāi)花發(fā)育的調(diào)控。對(duì)突變體的表型與上位性關(guān)系的研究發(fā)現(xiàn)，這些開(kāi)花調(diào)控基因分布在不同的開(kāi)花途徑中［3-5］，調(diào)節(jié)植物開(kāi)花時(shí)間。而植物成花過(guò)程是由一個(gè)復(fù)雜的基因網(wǎng)絡(luò)調(diào)控的，在這個(gè)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中，MADS-box轉(zhuǎn)錄因子中的SHORT VEGETATIVE PAHSE（SVP）和AGAMOUS-LIKE24（AGL24）在生殖發(fā)育的不同時(shí)期發(fā)揮著相當(dāng)重要的作用［6-9］。這兩個(gè)基因序列同源性較高，但是在開(kāi)花轉(zhuǎn)換時(shí)期它們的功能卻截然相反。SVP是抑制開(kāi)花的因子，而AGL24卻能夠促進(jìn)開(kāi)花轉(zhuǎn)換。目前，有關(guān)SVP的功能和作用機(jī)制已有較多報(bào)道，但是花分生組織決定基因AGL24的分子機(jī)制鮮有報(bào)道。本文是在前人研究基礎(chǔ)上綜述了擬南芥AGAMOUS-LIKE 24（AGL24）的功能及其與互作基因調(diào)控?cái)M南芥花發(fā)育和影響開(kāi)花時(shí)間的機(jī)制（圖1），這為人們深入了解AGL24在開(kāi)花調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中的重要作用提供借鑒。

1 AGL24基因的表達(dá)特性

在擬南芥中，AGL24編碼典型的MADS域蛋白，

包含N端保守的MADS-box結(jié)構(gòu)域和第88-156殘基間相對(duì)保守的K-box結(jié)構(gòu)域。序列比對(duì)發(fā)現(xiàn)，AGL24與開(kāi)花負(fù)調(diào)因子SHORT VEGETATIVE PHASE（SVP）高度相似［6］。原位雜交表明：AGL24能在營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期的莖端分生組織、新葉原基的整個(gè)區(qū)域以及生殖生長(zhǎng)期的葉片維管束中表達(dá)。

圖1 調(diào)控?cái)M南芥花發(fā)育的基因模式圖

擬南芥的花發(fā)育可細(xì)分為20個(gè)時(shí)期，每個(gè)發(fā)育時(shí)期的的特點(diǎn)各異（圖2，表1）［10］。在花發(fā)育的第1個(gè)時(shí)期，AGL24在莖尖和新生花分生組織中表達(dá)。在花發(fā)育的第2、3時(shí)期以及整個(gè)花絮分生組織中，AGL24也都有表達(dá)。在花發(fā)育的第6個(gè)時(shí)期，AGL24基因的表達(dá)局限于雌蕊和雄蕊的原基中。到了花發(fā)育的第8個(gè)時(shí)期，AGL24主要在心皮和胚珠內(nèi)中表達(dá)。

圖2 擬南芥花發(fā)育的20個(gè)時(shí)期

表1 花發(fā)育不同時(shí)期的標(biāo)志性事件

研究發(fā)現(xiàn)，在AGL24持續(xù)表達(dá)的轉(zhuǎn)基因擬南芥植株中，萼片的腋處會(huì)有花芽的產(chǎn)生。然而在SVP持續(xù)表達(dá)的轉(zhuǎn)基因擬南芥植株中也有類(lèi)似的表型，植株產(chǎn)生了異位花。這說(shuō)明在花發(fā)育的早期階段（花發(fā)育時(shí)期1和2）AGL24和SVP在功能上具有一定的冗余性［11］。在ap1突變體中也有觀察到異位花，通過(guò)原位雜交試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在ap1突變體中AGL24和SVP均異位表達(dá)了，這說(shuō)明異位花的形成是由于這兩個(gè)基因的異位表達(dá)造成的。這一點(diǎn)在ap1 agl24或ap1 svp突變體中也得到了證實(shí)［12，13］，在這些雙突變體中，異位花的數(shù)量明顯降低。由此可以說(shuō)明在ap1突變體中AGL24和SVP的異位表達(dá)的確是異位花芽形成的原因；同時(shí)也說(shuō)明了在花發(fā)育第2個(gè)時(shí)期的后期，AGL24和SVP在花的中心必須被抑制以阻止異位花的形成。Liu等［12］認(rèn)為這種抑制作用是由于AP1蛋白通過(guò)直接結(jié)合到AGL24和SVP啟動(dòng)子上的多個(gè)MADS-box蛋白結(jié)合位點(diǎn)（CArG boxes），從而抑制AGL24和SVP異位表達(dá)。在擬南芥中，AGL24的過(guò)量表達(dá)可以促進(jìn)開(kāi)花并能夠使花分生組織轉(zhuǎn)化為花序分生組織。由花分生組織基因APETALA1（AP1）直接抑制AGL24和另外兩個(gè)調(diào)控花期基因SOC1和SVP，從而抑制了莖發(fā)育進(jìn)程，促進(jìn)花分生組織特征的形成［12，13］。在高溫條件下，

花分生組織中的AGL24和SVP表達(dá)量對(duì)B類(lèi)和C類(lèi)花同源基因的調(diào)控至關(guān)重要［14］。因此，AGL24在調(diào)控花的發(fā)育和開(kāi)花時(shí)間上發(fā)揮著非常重要的作用。

最近有研究發(fā)現(xiàn)，在大王花（又名“霸王花”，Rafflesia，一種肉質(zhì)寄生草本植物，這種寄生性植物有著植物世界最大的花朵，它一生中只開(kāi)一朵花且沒(méi)有葉片）中含有一個(gè)和擬南芥中AGL24高度同源的基因RcMADS1，其同源度高于SVP。RcMADS1和AGL24相似，能夠彌補(bǔ)agl24-1和FRIGIDA的晚花表型，但是對(duì)于svp-41的早花表型無(wú)影響［15］。

2 AGL24與SVP功能差異

已有報(bào)道表明5個(gè)MADS-box基因?qū)M南芥的開(kāi)花起著調(diào)控作用：FLC、FLM/MAF1和SVP作為開(kāi)花抑制因子，而FUL和SOC1作為開(kāi)花促進(jìn)因子，AGL24與花的抑制基因SVP有著非常高的相似性，但在調(diào)控開(kāi)花時(shí)間上的功能存在差異。過(guò)量表達(dá)SVP的植株表現(xiàn)為異常開(kāi)花，且花器官發(fā)育出現(xiàn)畸形。這表明SVP在調(diào)控開(kāi)花時(shí)間和花的發(fā)育過(guò)程中有多種功能。與此類(lèi)似的是開(kāi)花促進(jìn)基因FT和抑制基因TFL也是序列高度相似，但對(duì)于開(kāi)花卻起著截然相反的作用［16，17］。在營(yíng)養(yǎng)發(fā)育期，SVP蛋白作為開(kāi)花核心調(diào)節(jié)子直接抑制莖尖和葉中的開(kāi)花整合子SUPPRESSOR OF OVEREXPRESSION OF CO 1（SOC1）的表達(dá)［18］。另外，SVP也能調(diào)控開(kāi)花途徑整合子FLOWERING LOCUS T（FT）的表達(dá)［18，19］。SVP蛋白與另一個(gè)開(kāi)花抑制因子FLOWERING LOCUS C（FLC）相互作用，抑制開(kāi)花［18］。與SVP蛋白的抑制功能相反，AGL24和FT蛋白在開(kāi)花轉(zhuǎn)變期能夠促進(jìn)SOC1的表達(dá)［8，20-22］。AGL24和SVP蛋白與AP1、LUG和SEU相互作用形成多元復(fù)合物，抑制AG的表達(dá)［9，14］。

3 AGL24與SOC1相互調(diào)控

雖然AGL24基因序列與SVP高度相似，但是agl24突變體的晚花表現(xiàn)型與soc1非常相似。agl24和soc1均表現(xiàn)出正常的光周期響應(yīng)，但在長(zhǎng)日照及短日照條件下是晚花。除此之外，兩個(gè)突變體的晚花表型不能被春化作用有效抑制。結(jié)合遺傳分析與表達(dá)特性研究發(fā)現(xiàn)：AGL24是SOC1的一個(gè)正調(diào)控因子，在含有FRI株系或者自主途徑突變體中，SOC1的表達(dá)水平通常很低，這是由于FLC的高度表達(dá)造成的，但是AGL24的超表達(dá)會(huì)引起這些背景系和早花表型植株中SOC1的上調(diào)。有趣的是，SOC1的超表達(dá)也可以引起AGL24表達(dá)水平的上調(diào)，因此，這兩個(gè)含有MADS域的轉(zhuǎn)錄因子可以彼此正調(diào)控。AGL24與SOC1分別超表達(dá)對(duì)soc1和agl24突變體的開(kāi)花時(shí)間均有影響［8］。

AGL24和SOC1之間除能相互正調(diào)控，也可獨(dú)立促進(jìn)花的發(fā)育。二者功能上具有相似性，都能通過(guò)低溫春化作用上調(diào)。但它們之間的作用機(jī)制并不相同，SOC1被FLC負(fù)調(diào)控。在哥倫比亞野生型擬南芥（Col）中，F(xiàn)LC的水平相對(duì)較低，SOC1的表達(dá)水平很高，在之前所提到的含有FRI株系或是自主途徑突變體中，F(xiàn)LC抑制了SOC1的表達(dá)。春化作用能抑制FLC的表達(dá)，從而促進(jìn)SOC1的高度表達(dá)。所以FRI株系以及自主途徑突變體在經(jīng)歷春化作用后，SCO1上調(diào)而FLC下調(diào)。AGL24卻相反，不受FLC調(diào)控。在FRI具有活性或活性喪失的植株經(jīng)歷春化作用后，AGL24的表達(dá)均上調(diào)。因此，AGL24的表達(dá)被春化作用上調(diào)是獨(dú)立于FLC調(diào)控途徑的，不受其調(diào)控。有試驗(yàn)表明缺失FLC的突變體呈現(xiàn)出春化響應(yīng)，這進(jìn)一步說(shuō)明AGL24的調(diào)控是獨(dú)立于FLC的春化途徑中的調(diào)控因子［8］。

AGL24和SOC1能夠調(diào)控彼此的mRNA的水平，它們的表達(dá)模式具有一定的冗余性。在蔬菜作物中克隆得到的AGL24和SOC1同源基因在花序分生組織中大量表達(dá)［8］。然而原位雜交顯示，AGL24在花原基時(shí)期到花發(fā)育第2個(gè)時(shí)期均能大量表達(dá)。SOC1卻相反，在新生花原基中不表達(dá)，但是在花發(fā)育第2個(gè)時(shí)期的花中重新出現(xiàn)，并且持續(xù)到花發(fā)育的整個(gè)過(guò)程，在花蕊和心皮中也可檢測(cè)到SOC1的表達(dá)［23］。AGL24和SOC1在表達(dá)模式上的不同表明這兩個(gè)基因在調(diào)控?cái)M南芥花的發(fā)育上有一些不同的作用。例如，AGL24的過(guò)量表達(dá)會(huì)引起花的異常發(fā)育，但是目前還沒(méi)有關(guān)于SOC1的超表達(dá)會(huì)引起花異常的報(bào)道。其次，當(dāng)AGL24在soc1突變體中過(guò)量表達(dá)時(shí)，花異?，F(xiàn)象的發(fā)生頻率會(huì)大大降低，說(shuō)明AGL24與SOC1基因在花發(fā)育中的作用具有一定的冗余性。

在調(diào)控開(kāi)花時(shí)間上AGL24與SOC1能影響彼此間的表達(dá)［7，8］，AGL24和SOC1在開(kāi)花調(diào)控中的差

異：首先，雖然AGL24的表達(dá)被春化所調(diào)控，但它不受開(kāi)花抑制因子FLC的影響。相反，F(xiàn)LC在分生組織中抑制SOC1的表達(dá)并通過(guò)抑制FT延遲SOC1的表達(dá)。FT編碼的蛋白作為一種開(kāi)花信號(hào)，可從葉維管組織中長(zhǎng)距離運(yùn)輸?shù)角o尖分生組織［21，24，25］；其次，在光周期途徑中，AGL24被CONSTANS（CO）影響卻不受FT調(diào)控［7］，但SOC1主要受FT直接調(diào)控。同時(shí)，CO通過(guò)一個(gè)目前未知的DNA結(jié)合因子間接的調(diào)控SOC1［23，25，26］。最后，AGL24活性的改變決定開(kāi)花時(shí)間，部分異于SOC1；反之亦然，說(shuō)明AGL24與SOC1可在各自獨(dú)立的途徑中促進(jìn)開(kāi)花［7，8］。

4 AGL24受AP1調(diào)控

擬南芥的花由4種類(lèi)型的花器官組成，即花萼、花瓣、雄蕊和心皮?；ㄆ鞴倥帕谐上蛐牡膱A環(huán)形，稱(chēng)作輪性（whorl）。擬南芥的花由4個(gè)花萼組成最外的第1輪、依次向內(nèi)為4個(gè)花瓣組成第2輪，6個(gè)雄蕊組成第3輪，兩個(gè)融合的心皮組成第4輪。

在花發(fā)育過(guò)程中，AP1蛋白參與調(diào)控AGL24和SVP的表達(dá)。AP1結(jié)合到這些基因的上游調(diào)控區(qū)域，并且在ap1突變體的花發(fā)育過(guò)程中AGL24和SVP的異位表達(dá)導(dǎo)致了在第1輪器官的葉腋內(nèi)有花芽的形成。在ap1-10突變體中，第1輪中含有苞片狀的器官，在萼片中含有二次花，沒(méi)有花瓣并且在第3輪中有少量的雄蕊。將ap1-10突變體與agl24-2 svp-41突變體雜交，后代表現(xiàn)為花分生組織缺失，但能持續(xù)產(chǎn)生花序分生組織，這與ap1-1 cal-1雙突變體的表型非常相似［27，28］，表明AP1、SVP和AGL24對(duì)花分生組織形成具有一定的冗余性。

另外，自花發(fā)育的第2個(gè)時(shí)期以后，除了AP1，其他花器官?zèng)Q定基因如SEPALLATA1（SEP1）、SEP2、SEP3和AG也會(huì)調(diào)控AGL24和SVP，因?yàn)樵赼p1、ag以及sep1 sep2 sep13突變體中，AGL24和SVP的異位表達(dá)形成異位花。AGL24和SVP對(duì)AP1有部分的冗余作用，但其功能并不完全相同，AP1蛋白對(duì)其起關(guān)鍵的調(diào)控作用。AP1和CAL或AP1和SVP/AGL24的缺失將會(huì)完全抑制花的形成，但CAL和SVP/AGL24的缺失卻因AP1的活性仍可誘導(dǎo)花的產(chǎn)生。agl24-2 svp-41 cal-01突變體與agl24 svp-41突變體的表型差異不大，兩個(gè)突變體在分子水平上呈現(xiàn)出相似的特點(diǎn)。其突變體中的LFY、AP1的表達(dá)水平均減少，其變化規(guī)律相似，F(xiàn)MI基因表達(dá)量會(huì)減少但并不會(huì)消失。在這兩突變體中，AP1可能不與SOC1蛋白互作，而是與其他的蛋白發(fā)生相互作用。在agl24-2 svp-41 cal-01 soc1-2突變體中FMI沒(méi)有消失，表明在沒(méi)有AGL24和SVP蛋白作用的情況下，SOC1蛋白的存在與否對(duì)AP1蛋白無(wú)關(guān)鍵性影響。

5 AGL24調(diào)控TFL1的表達(dá)

擬南芥的花序?yàn)榭偁罨ㄐ颍谛律ǚ稚M織中，AGL24、SVP、SOC1及SEP4通過(guò)抑制TFL1的表達(dá)共同調(diào)控其花序的分支，TFL1也可影響LFY和AP1的表達(dá)，從圖3可以看到在野生型花序分生組織（IM）的橫向的分生組織中，SEP4、SOC1、AGL24及SVP對(duì)于AP1抑制TFL1的表達(dá)不可或缺，若這4個(gè)基因缺失會(huì)使TFL1抑制AP1的表達(dá)，從而使花分生組織（FM）轉(zhuǎn)化為花序分生組織（IM）［29］。在新生的花分生組織中，AP1和CAL需要TFL1被抑制才能表達(dá)［27，28，30，31］。此外，F(xiàn)olter等［32］通過(guò)酵母試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，AP1、CAL基因能與AGL24、SOC1、SVP和SEP4蛋白發(fā)生相互作用。雙分子熒光互補(bǔ)（BiFC）檢測(cè)顯示，在植物細(xì)胞中AP1或CAL蛋白與AGL24、SOC1、SVP或SEP4蛋白發(fā)生了相互作用。在ap1-1 gAP1-2HA轉(zhuǎn)基因家系中，融合有2HA的AP1能在很大程度上彌補(bǔ)ap1-1的開(kāi)花突變表型。對(duì)ap1-1 g AP1-2HA進(jìn)行免疫共沉淀分析顯示：AP1∶2HA蛋白被抗體特異性沉淀下來(lái)，這些抗體分別抵抗AGL24、SOC1、SVP及SEP4蛋白。由此表明，AGL24、SOC1、SVP和SEP4蛋白也許是通過(guò)與AP1或CAL蛋白在體內(nèi)相互作用來(lái)抑制TFL1基因的表達(dá)。研究發(fā)現(xiàn)，35S∷AP1對(duì)soc1-2 agl24-3 svp-41 sep4-1突變體的花序分支沒(méi)有有效的抑制，這表明AGL24、SOC1、SVP和SEP4對(duì)AP1賦予花分生組織特性必不可少［29］。

為了進(jìn)一步確定AGL24、SOC1、SVP和SEP4是否間接的抑制TFL1，Wellmer等［33］用地塞米松誘導(dǎo)的AP1-GR系統(tǒng)對(duì)ap1-1 cal-1突變體背景的家系進(jìn)行染色體免疫共沉淀分析（CHIP）。利用這個(gè)系統(tǒng)他們發(fā)現(xiàn)在花序頂端對(duì)AP1蛋白進(jìn)行1 h的地塞米松誘導(dǎo)處理后，TFL1的表達(dá)量下降

50%。CHIP分析表明在地塞米松處理的花序頂端，AGL24、SOC1和SVP附著到TFL1基因部位上的區(qū)域與AP1附著區(qū)域重疊［34］，但其在空白處理的組織中未發(fā)現(xiàn)有結(jié)合，證實(shí)這3個(gè)蛋白結(jié)合到TFL1部位上依靠的是AP1蛋白。利用CHIP進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)在野生型的花序頂端SVP蛋白主要結(jié)合于TFL1上，而在svp-41中，AGL24和SOC1蛋白主要于TFL1上。這3個(gè)蛋白的結(jié)合區(qū)域與在地塞米松處理的ap1-1 cal-1 35S：AP1-GR材料中所發(fā)現(xiàn)的結(jié)合區(qū)域一樣。但在soc1-2 agl24-3 svp-41突變體中，SEP4蛋白的結(jié)合區(qū)域和之前AGL24、SOC1和SVP蛋白結(jié)合到TFL1的部位相同。這與在soc1-2 agl24-3 svp-41突變體中SEP4的異位表達(dá)說(shuō)明SEP4蛋白只有在AGL24、SOC1和SVP都缺失的情況下才會(huì)直接抑制TFL1的表達(dá)［29］?？梢?jiàn)，AGL24、SOC1、SVP及SEP4間接的抑制TFL1的表達(dá)來(lái)共同調(diào)控?cái)M南芥花序的分枝。

最近Chang等［29］研究發(fā)現(xiàn)，在水稻中這些MADS-box基因（SVP，AGL24，SOC1，SPE4）的同源基因通過(guò)調(diào)控類(lèi)似于TFL1基因的表達(dá)來(lái)決定穗的分枝。他們的發(fā)現(xiàn)揭示了在開(kāi)花植物中有一個(gè)決定花序結(jié)構(gòu)的保守遺傳途徑，這也為作物生產(chǎn)提供了一個(gè)很重要的理論依據(jù)。

圖3 花分生組織中MADS-box基因協(xié)同抑制TFL1的表達(dá)來(lái)調(diào)控花序的結(jié)構(gòu)［29］

6 AGL24抑制B、C類(lèi)花器官基因

擬南芥花器官的同源異型突變有3大類(lèi)型，第一類(lèi)為第1輪和第2輪器官受影響，產(chǎn)生心皮狀的花萼和雄蕊狀的花瓣；第二類(lèi)為第2輪和第3輪器官受影響，產(chǎn)生花萼狀的花瓣和心皮狀的雄蕊；第三類(lèi)為第3輪和第4輪器官受影響，產(chǎn)生花瓣?duì)畹男廴锖突ㄝ酄畹男钠ぃ易顑?nèi)兩輪器官的數(shù)量和輪數(shù)也發(fā)生了改變。這表明至少有一些基因在決定擬南芥花器官性質(zhì)上具有同源的功能，而具有同源功能的基因在結(jié)構(gòu)上可能也會(huì)有保守性，因此將這些基因稱(chēng)為同源異型基因。

基于擬南芥的3類(lèi)同源異型突變以及它們之間的遺傳關(guān)系，Coen和Meyerowitz提出了花器官發(fā)育的ABC模型。隨著研究的深入和克隆出的花同源異型基因數(shù)量的增加，人們?cè)跀M南芥中又相繼發(fā)現(xiàn)了D類(lèi)和E類(lèi)基因，即目前廣泛所接受的擬南芥花發(fā)育的ABCDE模型。在擬南芥中，A類(lèi)以AP2（apetala2）基因?yàn)榇恚珺類(lèi)以AP3（APETALA3）基因和PI（PISTILLATA）基因?yàn)榇?，C類(lèi)以AG（AGAMOUS）基因?yàn)榇怼類(lèi)基因包括SEEDSTICK（STK）、SHATTERPROOF1（SHP1）和SHATTERPROOF2（SHP2），這些基因共同參與控制了胚珠的發(fā)育。E類(lèi)基因包括SEPALLATA1（SEP1），SEPALLATA2（SEP2），SEPALLATA3（SEP3）和SEPALLATA4（SEP4）。ABC類(lèi)基因與SEP基因聯(lián)合表達(dá)可以使葉片轉(zhuǎn)化成為完整的花器官。每一類(lèi)同源異型基因?qū)︵徑膬蓚€(gè)輪起作用，這樣每一輪都對(duì)應(yīng)著不同的同源異型基因的組合，即A類(lèi)同源異型基因獨(dú)自作用于第1輪；A和B類(lèi)同源異型基因共同作用于第2輪；B和C類(lèi)同源異型基因共同作用于第3輪；C類(lèi)同源異型基因獨(dú)自作用于第4輪。

當(dāng)agl24-2 svp-41突變體和ap1-12弱突變體雜交后會(huì)嚴(yán)重影響花的發(fā)育［14］。在這些花中，控制花瓣、雄蕊以及心皮特性的B類(lèi)和C類(lèi)基因提早表達(dá)且沒(méi)有局限于某一特定輪生器官，這就導(dǎo)致了花器官數(shù)量的減少并使得各輪生器官性質(zhì)具有相似性。由于該表型只在agl24-2 svp-41突變體與 ap1-12弱突變體的雜交后代中出現(xiàn)，并考慮到SVP僅僅在花發(fā)育的第1、2個(gè)時(shí)期表達(dá)，因此，這極有可能是花器官?zèng)Q定基因AGL24、AP1的在花發(fā)育早期異位表達(dá)導(dǎo)致花器官基因的異常。把a(bǔ)gl24-2 svp-41突變體

與ap1-10強(qiáng)突變體雜交，這種花發(fā)育表型并未得到改善。而其表型類(lèi)卻似于ap1-1 cal-1突變體，花的發(fā)育在很大程度上受到抑制，然而花序分生組織大量增加，說(shuō)明花分生組織特征在agl24-2 svp-41突變體與ap1-10強(qiáng)突變體雜交后代中消失［9］。

關(guān)于花分生組織的形成和生長(zhǎng)（花發(fā)育的第1和2個(gè)時(shí)期），Gregis等［35］均認(rèn)為AP1和SVP或AGL24首先相互作用形成對(duì)花分生組織特性和花器官的形成具有重要作用的二聚體，這些二聚體抑制控制花器官形成的基因。隨后，當(dāng)SVP和AGL24在花發(fā)育第2個(gè)時(shí)期末被抑制，AP1蛋白和SEP蛋白（從第2時(shí)期末開(kāi)始表達(dá)）則發(fā)生相互作用，花器官的發(fā)育也就開(kāi)始了。花分生組織形成在擬南芥花發(fā)育期是至關(guān)重要的一個(gè)時(shí)期，Gregis等提出了有關(guān)AGL24，SVP和AP1蛋白在花發(fā)育早期對(duì)AG，AP3，PI，SEP3的調(diào)控機(jī)制。他們發(fā)現(xiàn)AGL24，AP1和SVP能直接附著于B類(lèi)和C類(lèi)花器官基因的調(diào)控區(qū)域，從而說(shuō)明了這3個(gè)蛋白在花分生組織形成時(shí)期的基本作用。Gregis等同時(shí)也發(fā)現(xiàn)了AP1-SVP或AP1-AGL24二聚體能與SEU-LUG復(fù)合體發(fā)生聚合，抑制靶基因SCO1。并且在agl24-2 svp-41突變體中，他們通過(guò)對(duì)SOC1的原位表達(dá)分析發(fā)現(xiàn)在花發(fā)育的第1、2個(gè)時(shí)期，SOC1異位表達(dá)了。這說(shuō)明在花發(fā)育的早期，SOC1與AP1蛋白相互作用直接抑制B類(lèi)和C類(lèi)基因，以彌補(bǔ)AGL24、SVP的缺失［35］。

AP1與SVP或AGL24蛋白互作對(duì)花器官形態(tài)建成相當(dāng)重要。AP1，AGL24和SVP在花發(fā)育的第1、2個(gè)時(shí)期，花分生組織開(kāi)始變大但是花器官原基還未分化，這對(duì)花的形成至關(guān)重要，它們的缺失會(huì)影響花的后期發(fā)育。從花發(fā)育第3個(gè)時(shí)期開(kāi)始，AP1結(jié)合到SEP蛋白上，誘導(dǎo)花器官發(fā)育［35］。

AGL24蛋白和SVP蛋白能直接作用于E類(lèi)基因SEP3，而且B類(lèi)基因和C類(lèi)基因的異位表達(dá)因SEP3的異位引起［36］。但SEP3表達(dá)活性也許并非真正的影響因子，因?yàn)樵诨òl(fā)育早期時(shí)期B類(lèi)、C類(lèi)花器官基因的活性應(yīng)該受到抑制。Liu等［36］利用原位雜交分析表明：B類(lèi)基因（AP3，PI）和C類(lèi)基因（AG）的表達(dá)在agl24 svp soc1 sep3突變體中沒(méi)有完全被抑制。另外，先前的研究已證實(shí)AG的調(diào)控機(jī)制是通過(guò)激活和抑制建立的［37-41］。由LUG蛋白通過(guò)作用于AG的第2個(gè)內(nèi)含子達(dá)到抑制作用［37，39］，這和Hong等［42］所觀察到的AP1-SVP和AP1-AGL24二聚體附著于AG的第2個(gè)內(nèi)含子的CArG-box上并和LUG和SEU相互作用相一致。其次，在這些CAr-Gbox上的突變會(huì)引起花發(fā)育的早期時(shí)期AG的異位表達(dá)。AP1-SVP和AP1-AGL24二聚體結(jié)合到AG第二內(nèi)含子上的CArG-box并與LUG、SEU相互作用，從而抑制LUG、SEU的活性［37，39］。另外，在這些CArG-box上的突變會(huì)引起花發(fā)育早期時(shí)期AG的異位表達(dá)［42］。在花分生組織中，SVP似乎是在抑制花器官?zèng)Q定基因上起主要作用，這是由于AGL24沒(méi)有結(jié)合到任何B類(lèi)、C類(lèi)和E類(lèi)基因所致。

7 展望

AGL24、SVP、FLC和SOC1等開(kāi)花時(shí)間控制基因均屬于典型的TypeⅡMADS-box基因MIKCC型，它們?cè)谥参矬w內(nèi)行使的特殊功能與其為MIKC型蛋白有著緊密的聯(lián)系。TypeⅡ型MADS域蛋白中包含的功能區(qū)域：MADS、Intervening（I）、Keratin-like（K）和Carboxyl-terminal（C）4個(gè)結(jié)構(gòu)域，即成為MIKC型蛋白。AGL24編碼的是一個(gè)典型的MADS-box蛋白，與SVP的序列高度同源，兩者只在C端有些差異［6］。而C域位于K域下游為富含疏水殘基的非保守區(qū)域，與MADS域、I域和K域不同的是C域不參與蛋白相互作用域和靶DNA的結(jié)合區(qū)［43］。但將C域突變會(huì)造成植物功能性缺陷。在功能域劃分中發(fā)現(xiàn)，C域?qū)P1、AP3、PI和AG相互作用的特異性沒(méi)有影響，其可能參與多聚體對(duì)靶DNA的轉(zhuǎn)錄激活。AP1蛋白和其同源蛋白的C域具有對(duì)靶DNA的轉(zhuǎn)錄激活功能。但目前對(duì)于C域在MADS-box蛋白中的功能了解甚少，還需進(jìn)一步研究［44］。

AGL24和SOC1調(diào)控?cái)M南芥花發(fā)育的表達(dá)模式不同，說(shuō)明其在調(diào)控發(fā)育有不同的作用。如AGL24的過(guò)量表達(dá)會(huì)引起花的異常發(fā)育，但是目前尚無(wú)有關(guān)SOC1超表達(dá)引起花異常的報(bào)道。其次，當(dāng)AGL24在soc1突變體背景中過(guò)量表達(dá)時(shí)，花異?，F(xiàn)象的發(fā)生頻率會(huì)大大降低，這表明AGL24與SOC1基因在花發(fā)育中的作用具有一定的冗余性。關(guān)于這兩個(gè)基因在調(diào)控花發(fā)育上有何不同的作用目前還有待研究。

在擬南芥中，作為T(mén)FL1上游的調(diào)控因子，

AGL24、SOC1、SVP以及SEP4在由營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)到生殖生長(zhǎng)的開(kāi)花轉(zhuǎn)變時(shí)期發(fā)揮著不同的作用。AGL24和SOC1是整合不同遺傳途徑中開(kāi)花信號(hào)的開(kāi)花啟動(dòng)子，然而SVP作為一個(gè)開(kāi)花抑制因子和另外一個(gè)開(kāi)花抑制因子FLC相互作用來(lái)共同抑制兩個(gè)開(kāi)花途徑整合因子FT和SOC1的表達(dá)。SEP4和SEP3高度同源，它能夠介導(dǎo)MADS-box蛋白形成各種高階復(fù)合物［45，46］。另外，SEP4在許多組織中均有表達(dá)，但是在SEP4的功能缺陷的突變體，植株并沒(méi)有表現(xiàn)出可見(jiàn)的缺陷［47］。因此，在發(fā)育的許多過(guò)程中，SEP4與一些相關(guān)MADS-box蛋白在功能上具有冗余性。但是SEP4對(duì)調(diào)控發(fā)育各種程序中的高階MADS-box復(fù)合物的形成是否產(chǎn)生影響還需要進(jìn)一步研究。

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（責(zé)任編輯 馬鑫）

The Flower Development of Arabidopsis thaliana Affected by Floral Meristem Identity Gene AGL24

Jiang Wei Gu Huiying Wang Zhimin Song Ming Tang Qinglin
（Key Laboratory of Horticulture Science for Southern Mountainous Regions，Ministry of Education，Key Laboratory of Olericulture，College of Horticulture and Landscape Architecture，Southwest University，Chongqing 400715）

AGAMOUS-LIKE24（AGL24）encodes a typical MADS-domain protein that plays a very important role at different stages of flower development. This paper reviews how AGL24 interacts with other floral meristem identity genes to affect flower development of Arabidopsis thaliana, then regulate flowering time, which will help us to have a better understanding of flowering gene regulatory network and to regulate effectively the flowering time in production. It can provide reference for plant breeding.

Arabidopsis thaliana AGL24 Flower development

2013-10-08

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（31000908），重慶市自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目（2011BA1002），中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專(zhuān)項(xiàng)（XDJK2012B020）

江為，男，碩士研究生，研究方向：蔬菜遺傳育種與生物技術(shù)；E-mail：jainveborry@163.com

湯青林，男，副研究員，碩士生導(dǎo)師，研究方向：蔬菜遺傳育種與發(fā)育調(diào)控；E-mail：swutql@163.com宋明，男，教授，研究方向：蔬菜遺傳育種與生物技術(shù)；E-mail：swausongm@163.com