菊花CmACOS5基因启动子元件分析及结合验证开题报告

全文总字数：7193字

1. 研究目的与意义、国内外研究现状（文献综述）

菊花（chrysanthemum mifolium）原产中国，是我国十大传统名花、世界四大切花和十大盆花之一，在花卉生产中占有十分重要的地位（李鸿渐1993；陈俊愉2001；teixeira da silva et al. 2013）。依栽培类型不同，菊花可以分为切花菊、地被菊、盆栽菊，其中切花菊生产近些年来发展非常迅速，切花菊可分为单头型切花大菊和多头型切花小菊，其中切花小菊具有分枝多，花型花色丰富、着花繁密、花期长等特点，拥有其它许多切花无可比拟的优势。因此，切花小菊已成为切花菊生产的一个重要组成部分，不仅在国内有广阔的市场，而且亦已成为欧美切花市场第二大种类（陈林2005、2011；李娜娜和戴思兰2011；王小光等2013）。

切花小菊产业发展速度近些年来虽然非常迅猛，但在国内外切花小菊生产中均遇到一个共同的、影响切花小菊观赏价值和观赏寿命的因子，即切花小菊开放中，随着中间两性花散粉量的增加，其观赏价值和观赏寿命迅速下降（王小光2013；anderson 2007；teixeira da silva et al. 2013；wang xg et al.2014）。其中，散粉少的切花小菊观赏期比散粉多的切花小菊观赏期平均要长一周左右。此外，切花小菊在开放过程中产生过多的花粉会漂浮到空气中，对观赏者的呼吸道会有不同程度的负面影响，尤其是一些花粉过敏者（groenewoud et al. 2002；anderson 2007；lee et al. 2007）。为此，通过育种手段培育无花粉（花粉败育）切花小菊新品种，将是有效解决切花小菊大量散粉引起不利影响的根本途径。目前，切花小菊散粉过多带来的问题尚未受到足够重视，同时也缺乏相关的基础与应用研究。因此，开展切花小菊花粉败育机理机理研究将为培育无花粉切花小菊品种提供重要科学参考依据。

切花小菊花序的观赏寿命和观赏价值与其散粉量成反比，而散粉量主要与花粉发育和花药壁开裂相关（孟金陵1997；胡适宜2005；cecchetti et al. 2008；julian et al. 2011；de graaf et al. 2012；wang xg et al. 2014）。目前，国内外科研人员基本是针对植物雄性不育问题从花粉发育和花药壁开裂方面开展了大量研究，实验材料主要集中在农作物水稻以及拟南芥和烟草等模式植物中（wrall et al. 1992；dong et al. 2005；cecchetti et al.2008；wilsonzhang 2009；zhou et al. 2011；luo et al. 2013；niu et al. 2013）。如研究人员针对水稻细胞质雄性不育机理开展了深入研究，发现细胞质雄性不育基因wa352的蛋白只在小孢子或花粉母细胞时期的绒毡层中特异积累，并与核基因编码的线粒体定位蛋白cox11进行互作；cox11是真核生物保守的一个新的细胞程序性死亡（programmed cell death, pcd）的抑制因子，具有消除活性氧的功能；由于cox11的正常功能受到wa352的干扰，致使绒毡层细胞中线粒体的活性氧爆发和细胞色素c的释放，提前启动了pcd，从而导致绒毡层的降解，影响了小孢子母细胞的正常发育，最终引起了花粉败育和雄性不育（niu et al. 2013）。在研究烟草花粉败育机理时，科研人员获得了一个控制胼胝质合成的关键基因，该基因是胼胝质合成中必须的基因；由于胼胝质在小孢子发生中具有保护二分体和四分体不受外界环境变化的影响，因此当该基因被沉默或敲除后，胼胝质合成途径出现了紊乱而严重影响了小孢子的发生过程，致使花粉大量败育，雄性不育程度明显增加（wrall et al. 1992）。由此可见，虽然上述研究均旨在阐明植物雄性不育分子机理，但从小孢子发生、花粉发育和花药开裂等方面的研究思路将为我们开展切花小菊不散粉机理研究提供重要参考。

2. 研究的基本内容和问题

研究目标：

植物acos5基因的缺失会导致花药绒毡层无法正常发育，进而促使花粉败育。研究通过对该基因启动子元件的分析，找到某一类转录因子的特异性结合位点，验证该目的基因的上游调控路径，为更深入研究acos5基因的调控网络奠定基础。

3. 研究的方法与方案

研究方法：

1、dna提取：采用ctab法（cetyltrimethylammonium ammonium broe）提取‘南农玉笏’基因组dna

2、内含子检测：将dna文库和cdna文库所克隆的cmacos5序列测序比对，验证是否存在内含子，设计启动子克隆walking引物

4. 研究创新点

特色或创新之处

（1）目前，从植物生殖发育方面研究花卉不散粉机理的研究报道只有研究团队最近在BMC Plant Biology上发表的文章。在本项目中，我们将在现有工作基础上从细胞生物学及分子生物学等方面研究切花小菊花粉败育的分子机理，该研究是我已有工作的深入，在国内外尚未见报道，预期结果将为阐明菊花花粉败育机理和培育不散粉切花小菊提供重要科学理论指导。因此，本项目研究具有重要的科学意义和应用前景，在研究内容上具有创新性。

（2）在本项目中，我们将应用分子生物学及生物信息学等基础学科的知识和技术，试图研究与解决观赏园艺学中所遇到的实际问题，这种将基础科学与应用科学进行有效整合的做法实现了多学科的交叉融合，因而在研究思路上颇具特色。

5. 研究计划与进展

研究计划及预期进展

2018.7-2018.9

dna提取，cmacos5基因组全长克隆，cmacos5转录组orf全长克隆，cmacos5启动子克隆