春兰CgWRKY14基因的克隆及功能初探文献综述

 2022-07-20 07:07

文献综述

1.1春兰概况

兰科植物种类繁多,分布遍及全球,主要集中在热带地区。中国幅员辽阔,地跨热带、亚热带和温带3个气候带,地理环境复杂,诸多有利条件让中国具有不同气候带的兰科植物区系和生态类型,并且保留着众多原始类群。其中春兰是中国兰花中栽培历史最为悠久、人们最为喜欢的种类之一。春兰(Cymbidium goeringii)[1]为兰科兰属地生植物,又名朵兰、扑地兰,根系发达,呈圆柱形,少有分叉。花序具单朵花,少有2朵;花色泽变化较大,通常为绿色或淡褐黄色而有紫褐色脉纹,有香气[2]。花型奇特,与多数高等植物花器官不同,从外向内依次为花瓣状的萼片、两片侧瓣、高度特化的唇瓣、雄蕊群和雌蕊群合生成高度特化的合蕊柱。正常的春兰花由3枚萼片、2枚侧瓣和1枚唇瓣,以及处于花器官中心部位的合蕊柱组成。蝶花通常是指2枚侧瓣或者2枚侧萼发生变异,质变成唇瓣样的花瓣,属于兰花花瓣的一种“唇瓣化”现象,具有较高的研究价值和观赏价值。

在市场和产业前景方面,春兰因其有着深厚的历史文化背景,自古以来就是高贵的花卉,当今人民精神生活日益丰富,物质生活日益提高,海内外贸易的日渐活跃,各种春兰常处于供不应求的状况。在近年来远东地区和国内一阵“兰热”的推动下,春兰新品种被发现和推广者甚多,呈新老品种并驾齐驱的态势。随着东西方文化频繁交流,这种有着浓厚东方文化色彩的花卉,在中国、在远东、在世界各国华人圈中,乃至在全世界,将有极广阔的市场。如引入高科技,育良种、快繁殖的生物技术,进行产业化的生产,其利润将不亚于其他花卉产业,不亚于其他农业产业;即或是当今家庭经营的生产方式,选种合适宜,栽培得法者,也常有丰厚的利润。总之,春兰的产业前景被十分看好[3]

1.2兰科植物基因克隆相关方面的研究进展

兰科植物具有很高的观赏价值,但是营养生长期较长,有些品种长达13年才会开花,给杂交育中及花发育研究造成困难。因此,研究人员在加速兰花生长速度方面进行了研究,发现了通过调整兰花组织培养基中的营养和激素水平等可以大大缩短营养生长期,诱导提前开花。通过实验发现,春兰与大花蕙兰杂种的原球茎在添加6-BA和NAA的培养基上继代培养2个月即可形成花蕾[4],这为克隆兰花发育基因提供了较好的实验材料和实验系统。

同时作为观赏植物,兰科植物因其高度特化的花器官,吸引了不少研究人员的探索,主要研究对象有蝴蝶兰(Phalaenopsisaphrodite)、文心兰(Oncidium ssp.)、石斛(Dendrobiumhybrid),近年来对国兰、兜兰(Paphiopedilum hybrid)、萼脊兰(Sedirea Japonica)、大利红门兰(Orchis itlica)等兰科植物的花发育研究也取得了一些进展,包括A、B、C、D、E类不同基因类型[5]。研究表明,各类基因在兰花的成花转换及花器官形成过程中起重要作用,尤其是B类基因的表达及功能可能与兰花结构的特异性及多样性关系较为密切。

目前已从拟南芥(A.thaliana)、金鱼草(A.majus)、姬蝴蝶兰(P.aphrodite)等植物中克隆得到了花发育相关的B类MADS-box基因,表达模式各不相同[6]。A.thaliana的AP3基因在花瓣、雄蕊、心皮中表达;A.majus的DEF类基因在它所有花器官中表达,在非花组织不表达;非洲菊(Gerbera hybrida)GDEF1在非花组织和花器官都表达;玉米(Z.Mays)的SILKY1基因在花器官所有部位表达;文心兰(Onci-dium ssp.)的OAP3基因在分生组织和花序组织中都有表达;春兰(C.goeringii)的CgGLO基因主要在萼片、侧瓣和唇瓣中表达。

除此之外,DEF4基因及其同源基因属于MADS-box家族B类基因的PaleoAP3组也具有高度的研究价值,目前姬蝴蝶兰(P.equestris)、蕙兰(Cymbidium faberi)、细茎石斛(Dendrobium moni-liforme)、文心兰等植物的DEF类基因得以克隆以及功能验证。根据进化分析,将DEF类基因分为4大类,目前已克隆的第1类为PeMADS2类基因,第2类为OMADS3基因,第3类为PeMADS3基因,第4类为PeMADS4类基因[7-8];第1、2类基因控制兰花花被片的形成,第3类基因仅在侧瓣和唇瓣中表达,第4类基因只在唇瓣中表达,进一步表明了4个DEF类基因共同调控兰花萼片、侧瓣和唇瓣的形成。

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