MADS-box гены ржи и пшеницы

Ермишев, Владимир Юрьевич

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
MADS-box гены ржи и пшеницы
ВАК РФ 03.00.03, Молекулярная биология

Автореферат диссертации по теме "MADS-box гены ржи и пшеницы"

сі-Ши-'

Не правах рукописи

Ермишев Владимир Юрьевич \iADS-box гены ржи и пшеницы.

(специальность 03.00,03 - молекулярная биология)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук.

МОСКВА - 2002

Работа выполнена в лаборатории ДІЖ-маркеров растений ВНИИ сельскохозяйственной биотехнологии РЛСХН.

Научные руководители:

профессор, доктор биологических наук Народ»«кий Б.С.

профессор, доктор биологических паук Хавкин Э.Е.

Официальные оппоненты:

профессор, доктор биологических наук Вакюшнн Б.Ф, кандидат химических наук Шилов И.Д.

Ведущая организация:

Институт физиологии растений РАН

Защита диссертзць.. ^_2002 г.

с__часов на заседании Диссертационного Совета Д.006.027.01 при

ВНИИ сельскохозяйственной би^ члчлг«« — '27550, г. Москва, ул. Тимирязевская ;

Сдиссертац. - ВНИИ

сельскохозяйственной биотехпологи

Автореферат разослан "

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат биологических наук

С.

Мел и коза С. А,

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность и проблемы. Значительные успехи в понимании фундаментальных основ генетической регуляции процессов морфогенеза у покрытосеменные растений, достигнуты благодаря изучению структуры и эволюции нескольких семейств генов транскрипционных регуляторов. Среди них в течение последних двенадцати лет особенно интенсивно исследуются гомеозисные переключатели развития из семейства MADS-box генов (Theissen et al., 2000; Kg and Yanofsky, 2001; Theissen, 2001).

Значительная структурная к функциональная консервативность MA OS-box генов в пределах двух классов покрытосеменных растений существенно облегчает изучение механизмов, с помощью которых гомологичные и/или ортологичные гены определяют общие черты и видоспецифические различия в морфологии цветка, С установлением связи ген-признак становится возможным использовать MADS-box гены а качестве ДНК маркеров для мониторинга хозяйственно ценных признаков растений в селекции и для паспортизации сортов культурных растений. Кроме того, ведется активная работа по генетической модификации растений MADS-box генами с целью изменить морфологию цветков и соцветий. Оба биотехнологических направления исследований MADS-box генов защищены патентами и уже вышли в область практического использования.

Успешное применение MADS-box генов в качестве ДНК маркеров хозяйственно ценных признаков во многом зависит от того, насколько полно изучены структурные особенности и функции MADS-box генов в регуляции морфогенеза сельскохозяйственных растений.

Цели я задачи исследования. Цель настоящей работы - обнаружение и

идентификация MADS-box генов развития в геномах растений ржи и пшеницы,

и сопоставление обнаруженных генов или фрагментов этих генов с

последовательностями MADS-box генов, уже известными ^у. д^^гих^ видов-

растений, для создания высоко-специфичных гибриди: ацщчуных зондов. юТКкд

Мог;, iWrv^n.vv1!-». t 1 им, К. Л.,

Инв. i'-j-? С

В процессе работы предстояло решить следующие задачи;

> Сконструировать олигшукпеотидные праймеры, специфичные по отношению к MADS-box и К.-box последовательностям трех функционально различных классов MADS-box генов: apétala!, agamous и agomous-like.

> Синтезировать фрагменты MADS-box генов ржи и пшеницы методом прямой амплификации геномной ДНК (с помощью полимеразной цепной реакции, ГЩР), клонировать эти фрагменты и идентифицировать их по первичной структуре.

> Провести сопоставление нуклеотидных и производных аминокислотных последовательностей фрагментов MADS-box генов ржи и пшеницы со всеми известными последовательностями MADS-box генов злаков и генам и-прототипами из растений арабидопсиса (Ambidopsis thattana L.) и львиного зева (Antirrhinum majus L.).

Научная новизна н практическая значимость. К началу нашей работы в литературе не было данных о строении MADS-box генов злаков трибы пшеницевых. Позже были опубликованы последовательности трех кДНК пшеницы (Murai et а)„ 1998), семи кДНК ячменя (Schmitz et al., 2000) и двух кДНК плевела (Loîium lemulentum L.) (Gocal et al., 2001). Клонированные нами последовательности генов многолетней и однолетней ржи (они зарегистрированы как Genbank accession numbers AF15709-AF157Í2 и AF332885-AF332887) и четырех видов гексаплоидной пшеницы (ЛY055! 12-AY055115) составляют значительную часть базы данных MADS-box генов пшеницевых, а полученные нами сведения о строении интронов MADS-box генов ржи и пшеницы могут быть сопоставлены только с немногочисленными результатами исследований кукурузы и риса.

В нашей работе были впервые клонированы и охарактеризованы фрагменты MADS-box генов ржи, которые определяют два домена этих транскрипционных регуляторов, отвечающие за ДНК-белок « белок-белок взаимодействия. Впервые на примере двух видов ржи сопоставлены MADS-box гены культурного (хлебного) злака и его дикорастущего предка, которые

различаются строением соцветия (колоса). Влервые у злаков получены данные о строении нитронов 3 и 4 у MADS-box генов класса apétala]. Впервые показано, что геном злаков содержит последовательности MA DS-bo.x псев до генов, которые, по-видимому, связаны с ретротранспозон а м и и транспозонами.

Работа представляет не только научный, но и практический интерес, так как полученные фрагменты MADS-box генов могут стать маркерами или инструментом для создания маркеров некоторых хозяйственно ценных признаков злаков, в частности раннеспелости.

Публикации. По материалам диссертации опубликованы четыре печатные работы и две приняты к печати.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, глав «Обзор литературы», «Материалы и методы», «Результаты исследований», «Обсуждение результатов исследований», выводов, списка литературы, включающего 111 библиографических ссылок, и 1 приложения. Работа изложена на 119 машинописных страницах, включая 2 таблицы и 32 рисунка.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ. Материалы и методы исследования. В работе использовали растения дикой многолетней ржи (Secale montanum Guss. ssp, kupríjanovu), культурной однолетней ржи (Sécale, cereale L.), сорт Вятка, (номера по каталогу ВНР к9585 и к9693, соответственно) и четырех видов пшеницы (Triticum aestivum L., сорт Безостая 1, Triticum speita ssp. asiaibishicatum dorofeevii, Triticum compactum ssp, fetissovii, Triticum sphaerococcum ssp. Rotundatum; к42790, к45369, к35633, к23769, соответственно) Для сравнения были использованы яровой шестирядный ячмень (Hordeum migare L-), сорт Заозерный, и кукуруза (Zea mays L.), линия Al88. Семена злаков были любезно предоставленны Н.С. Лапиковым и О.П. Митрофановой (ВИР, С. Петербург) и Ю.И. Долгих, (Институт физиологии растений РАН).

Геномную ДНК выделяли из листьев 15-дневных проростков по протоколу, основанному на методе Saghai-Maroof {Saghai-Maroof et al„ 1984).

В работе были использованы лабораторные штаммы E coli DH5 и JM109 и клонирующий вектор pGEM-T ("Promega", США). В качестве положительных контролен при амплификации использовали кДНК клоны MADS-box генов кукурузы и ячменя в составе плазм иды pBluescript SK+ ("Stratogene", США), которые были любезно предоставлены RJ, Schmidt и В. A. Ambrose (Университет шт. Калифорния, Сан-Диего, США) и А. Kleinhofs и D, Kudrna (Университет шт. Вашингтон, Пулман, США),

Все генно-инженерные манипуляции проводились по стандартным методикам (Maniaiis et al., 1982).

Олигонуклеотиды синтезировали в фирме "Синтол" (Россия).

2. Результаты исследований и их обсуждение.

2,1. Выделение и идентификация фрагментов MADS-box генов класса agamoitS'like и apetaial ржи н пшеницы.

Для конструирования олигонуклеотидных прайм еров были выбраны наиболее консервативные участки внутри MADS-box (экзон 1) и К-box (экзоны 3 и 5) последовательностей MADS-box генов злаков. Консервативность этих участков была установлена путем выравнивания MADS-box и К-Ьох последовательностей MADS-box генов злаков, которые представляют собой структурные гомологи двух функционально различных классов MADS-box генов арабидопсиса - agamous-like и apétala1. При этом в случае высококонсервативной MADS-box последовательности (экзон 1) мы выравнивали последовательности первого зкзона генов злаков, относящихся к структурным классам agamous-Üke, agamous и squamosa'apetaSa 1. Таким образом, удалось сконструировать универсальные праймеры МП и Mr], фланкирующие концевые последовательности экзона Í у трех классов MADSbox генов. К сожалению, мы не смогли сконструировать праймеры, узнающие

промоторные последовательности, ввиду недостаточной изученности и малой консервативности этих регионов у семейства AiADS-box генов.

Схема амплификации MADS-box генов ржи приведена на рис.1. 5- З1 MADS-box__Ыещоп__К-box_

ti II U U О 13

AplF—

Mf I —— Mr] КГС ——

Mf 1 —КО — MÍ1 —— Mf I ——

El 180 Ь

EI* E3-1200-7000 Ь

El-E5~n00-7500 b

E3-ES~450-550 b

Рис. 1. Схема амплификации MADS-box генов классов agamous-like и apetataJ ржи и пшеницы. Стрелки направлены к З'-концу праймера; Е - экзоны, Í -нитроны; в нижней часта схемы указано приблизительное количество нуклеотидоз (Ь) составляющих интервал между 5* и 3'-концами экзона(ов); agamous-like праймеры - AglF, AglR, Aglinner, Kf2, Kr2, Mfl, Mrl; apétala! праймеры - AplF, Ар IR, Aplinner, AplF2, AplR2, Kf3, КгЗ, MF1, Mr!.

Наиболее продуктивными оказались две пары праймеров МП, Mr] и КО, КгЗ. В первом случае была ам инфицирован а El область соответствующая MADS-box последовательности класса agamous-like у двух видов ржи. В результате проведенного поиска в базе данных GenBank мы обнаружили, что ближайшими гомологами полученных последовательностей фрагментов генов ржи, являются MADS-box последовательности MADS-box генов пшеницы TaMADSl2 (GenBank accession А В007505) н кукурузы ZagS и ZagS (L46397 и L46398), относящиеся к структурному классу agamous-like.

При амплификации К-box последовательности с праймера ми KÍ3 и КгЗ мы

получили идентичные по молекулярной массе фрагменты (приблизительно 480

п.н.) у двух видов ржи. Ближайшими гомологами исследуемых

последовательностей оказались MADS-box гены ячменя HvMADSS (AJ249H4),

пшеницы Та MADS ti (АВ007504), риса FDRMADS6 (AF139664) и кукурузы

Zap I (L46400), относящиеся к структурному классу apétalaI. Охарактеризованные фрагменты MADS-box генов apétala] однолетней {ScMADSZ) и многолетней (SmMADS2) ржи были зарегистрированы как Gen Bank accession .NaNi AF1597U и AF1S97I2, соответственно. С помощью этих же праймеров мы провели амшшфихацию геномной ДНК четырех видов пшеницы. Во всех случаях мы наблюдали один и тот же специфичный фрагмент ДНК длиной немного меньше 500 п.к.. Охарактеризованные фрагменты MADS-box генов apétala] четырех видов пшеницы зарегистрированы как Tsp MADS, TsphMADS, TcomMADS и Та MADS I (GenBank accession AY055112-AY055H5, соответственно). Ближайшими аналогами охарактеризованных последовательностей пшеницы оказались выделенные нами ранее фрагменты MADS-box генов ржи Se MADS2 и SmMADS2, а также ген пшеницы TüMADSU (ABQ07504).

2.2, Структурное и возможное функциональное положение идентифицированных фрагментов MADS-box генов ржи и пшеницы среди генов злаков к двудольных.

Мы сопоставили нухлеот ид н ые/ам и н окис лотны е последовательности фрагментов ржи (ScMADSl, SmAÍADSl, ScMADS2, SmMADS2) и пшеницы {TspMADS, TsphMADS, TcomKÍA DS и TaMADSl) с последовательностями других известных MADS-box генов злаков (таблица 1), Это сопоставление позволяет отнести фрагменты ScMADSl и SmMADSl к подклассу генов agamousUke2/agamouslike6. В случае фрагментов ржи (ScMADS2 и SmMADS2) и пшеницы (TspMADS, TsphMADS, TcomMADS и TaMADSl) мы не наблюдали заметной гомологии нуклеотидных и аминокислотных последовательностей экзонов этих фрагментов за пределами структурного класса apétala!. Это объясняется выраженной классо-специфической структурой К-Ьох участка: как известно, К-домен отвечает за белок-белковые взаимодействия с другими MADS-box транскрипционными факторами, при этом, как правило, димеры и тетрамеры, способные связывать C-A-rích-G-¿£w элементы в промоторах генов

мишеней, сформированы из белков одного структурного класса (Rlechmann et al., 1996; Riechmannetal., 1997;Titeissen,2001).

Интроны четырех клонированных нами К-box последовательностей пшеницы практически идентичны и обладают высокой гомологией с соответствующими нитронами ржи. К сожалению, нам неизвестно строение интронов 3 и 4 генов apétala! у других злаков. Сравнение с нитронами 3 и 4 генов класса agamous Zag2 (Х80206) и Zmm¡ (Х81199) кукурузы, и генов класса APETALA i ¡SQUAMOSA львиного зева (Х63701), арабидопсиса (Z16421) и цветной капусты (AFI26723-AFI26728 и AF126734) не обнаружило заметного сходства вих строении.

Далее мы определили положение фрагментов генов ржи (ScMADSl и SmMADSl, ScMADS2 и SmMADSl) и пшеницы {TspMADS, TsphMADS, TcomMiDS, TaMADSl) среди структурно и функционально охарактеризованных MADS-box генов злаков и модельных двудольных. Для MADS-box последовательностей ржи {ScMADSl и SmMADSl) сравнивали производные аминокислотные последовательности экзона 1 генов злаков, относящихся к структурным классам MADS-box генов apetalal, apela la3/pisrUlata, agamous и agamous!tke2/agamouslike6 (рис. 5). На приведенной дендрограмме отчетливо различимы кластеры четырех структурных классов MADS-box генов. Фрагменты ржи {ScMADSl и SmMADSl) расположены в кластере agamoustike2/6. Функции генов злаков, структурно принадлежащих к этому классу, очень разнообразны и, несмотря на структурное сходство, часто не совпадают с функцией генов-прототипов арабидопсиса. Данные эволюционной морфологии злакоа и прямые наблюдения за экспрессией генов фл орогенез а позволяют соотнести чашелистики и лепестки цветков двудольных с цветковыми чешуями и лодикулами цветков злаков (Schmidt and Ambrose, 1998; Theissen et al., 2000; Kyozuka et al., 2000), Среди генов злаков наиболее типичными функциональными ортологами гена AGAMOUS-UKE6 являются гены Zag3 и Zag5 кукурузы и TaMADSl 2 пшеницы, экспрессию которых,

Таблица 1. Попарное сравнение фрагментов МАВЗ-Ьах генов ржи, пшеницы и других растений семейства злаков (% гомолога« нуклеотидных/ аминокислотных последовательностей)

Фрагменты генов ржи и пшеницы Классы MADS-Ьох генов

agamous* agamousUke2/ agamouslikeó** apetalal*** apeta(a3/ pistillata****

SmMADSi Se MADS! SmMADS2 SçMAÙS2 TspMADS TcomMADS TsphMADS TaMADS! 78-91/81-88 78-93/79-87 86-91/91-95 88-91/88-92 72-76/33-87 74-77/83-84 90-99/81-97 91-99/82-97 90-98/80-96 91-99/82-97 90-97/81-95 90-98/82-95 60-70/76-80 64-70/76-77

Примечание. Для каждого класса генов указаны виды злаков, названия гена или фрагмента гена и источники сведений (GenBank accession numbers).

* Класс agamous: гены кукурузы (ZagI, LI8924; Zmml, X8U99; Zmm2, X81200; Zag2. X80206\Zag4, L46399; Tmzl-!5a, Tmz}15a, Tmzl-Í20a и Zmm4\ Zemt-Zemî. X85334-XB5336, ZmovJ3 и Zmov23, U31521 и U31522; Zag homologue, LSI 162) и ген риса OsMADSS, L37528.

** Класс agamovsIike2/agamou.iIike6: гены пшеницы (TaMADSI2, АВ007505), риса (OsMADSl. U427UOsMADSS-OsMADS8, U78890, U78782, U7SS9I и U78892; OsMADS24 и OsMADS45 , U32109 и U31994; OsMADS?9, Y15008); кукурузы (Zag3 к ZagS. L46397 и L4639S; Zmm3, Zmmó-ZmmS); сорго (.SbMADS2, U49734) и ячменя (HvMADS7 И HvMADS9, AJ249145 и AJ249147).

*** Класс apétala!: гены пшеницы {TaMADS!/, АВ007504); плевела (LtMADSl и ÜMADS2, AF035378 и АР035379, Gocal et al., 2001); сорго (SbMADS2, U32110) и кукурузы (ZapJ, L4Ó400).

**** Класс apeta!a3/pistilbm: гены пшеницы {TaMADSSl, АВ007506) и риса (.OsMADSZ, OsMADS4 и Os MADS 16. L37526, L37527 и AF0777Ó0.

при формировании цветка обнаруживают только в пестиках (Mena et at., 1995; Murai et a)., 1998; The i s sen, 2000). Из генов злаков, структурно близких к гену AGAAÍOUS-LIKE2, явными кандидатами на роль функциональных оргологов могут быть, например, гены риса Os MADS 2 4 и OsMADS45, которые экспрессируются в лодикулах, тычинках и пестиках (Greco et al., 1997).

a*¿3 —i

ají |_П

osmadx?

XmnVJ i—'

илшб M s4m*dsk

otmtde^^ »8

itnmidí l , _ -i tcmjttfsl ■ "

tmm3 OátttxlsS i . I

xmmft i , 1

osir>»dtL 1 icnzl-125a —^ uml -1 мтЗ i Г" amlH

tmj Ы 5s I

u^El- 120a

ZHfth —i

osmidsi zmm2 —"i

i. \— ztnml nj tmovlj i_T

Mpl Ibtnadt) отт4 camads) l

o^iTiads4 ~~

ыта4&51 —t

MnU^t —'

tí

• StMADSI

■ SmJJADSJ

■ TsphMAOS

■ TccmWADS D'— TaMADSI

J'-TspíMOS

|_г TjlMOSl 1

^ ¡-НчИШ

-L1MM1S1

1 FDÍtMACSe

_ OsMADSH

IjWPIB

i-WDS2

_П-HvMADSB

"1_г 0sMADS15

L OsMADSSk» r- SWMDSi

_P— ¡MWK3

'— Zapi

-API

-s-auA

- HvMADSÍ

-FDRIMDS7

-CslMÍSt

- HvMADS?

-0stóA0S5

Рис. 5 (слева). Дендрограмма аминокислотных последовательностей MADS-домена для трех структурных классов MADS-box генов - squamosa/epetafal, agamous-like2/6 и agamous. Источники информации о строенли генов злаков приведены в подписи к таблице 1.

ag!2 и agió - гены арабидопсиса AGAM0US-UKE2 и A GAMO US-UKE6 (соответствующие GenBank accession .Ysífe M5555I и М55554). Кластер генов класса agamous-like2/6 подчеркнут.

Рис.. 6 (справа). Дендрограмма иуклеотндных последовательностей К-box участка генов apétala! семейства злаковых.

Гены: ржи ScMADS2 и SmMADS2 (AF159711 и AF159712); пшеницы TspMADS, TcomMADS, TsphMADS и TaMADSI (AY0551!2-AY055115) и TaMADSI! (AB0075 04); ячменя HvMADSS, HvMADS5, HvMADS7 и HvMADSS (AJ249143 -AJ249146); плевела LtMADSI и UMADS2 (AF035378 и AF035379); риса OsMADSN и Os MADS 15 (AF058697 и AF058698), RAP IB (AB041020), OsMADSJ И OsMADSS (L34271 и №8890), Os MADS-!¡ке (AB003325) и FDRMADS6 и FDRMADS7 (AF139664 и AF1396ÓS); сорго SbMADS2 (U32110); кукурузы Zap! (L46400) и ZmMADS3 (AF II2150); арабидопсиса (API, Z16421) и львиного зева {SQUA, Х63701).

В тоже время некоторые гены злаков структурно входящие в обсуждаемый кластер, функционально нельзя назвать типичными. Ярким тому примером является ген риса OsMADSl. обладающий выраженными apetalal-подобными функциями. РНК этого гена полностью отсутствует в зачатках тычинок и л од н кул, но присутствует в цветковых чешуях и пестиках, что, вероятно, указывает на его функциональную принадлежность и к А и к С генам одновременно (Prasad et а!., 2001; Theissen, 2001). Судя по дендрограмме, фрагменты ржи {ScMADS! и SmMADSl) занимают промежуточное положение между типичными и нетипичными представителями agamouslike2/6 генов злаков (рис, 5). Но с точки зрения идентичности аминокислотных последовательностей, фрагменты ржи более сходны с экю ном I генов кукурузы и пшеницы Zag3 и Та MADS! 2 (90% гомологии), чем с этим участком в гене OsMADSl риса (88% гомологии). Опираясь на эти данные о строении экзона I, наши фрагменты можно считать функциональными ортологами генов Zag3 и TaMADS12,

Данные о предполагаемой функции MADS-box генов ржи и пшеницы приведены в таблице 2.

Таблица 2. Функции MADS-box генов ржи и пшеницы, предполагаемые на основе структурной гомологии с генами пшеницы и кукурузы

Гены ржи и пшеницы Ближайшие гомологи генов ржи I Место экспрессии и пшеницы !

ScMADS 1 SmMADSl 90 % гомологии с TaMADS¡2 (АВ007505) 90 % гомологии с ZagS ( L46397) и Zag5 (L46398) Пестики и нерепродуКТИ вны е органы цветка

ScMADS2 SmMADS2 95 % гомолог им с TaMADS 11 (АВ0075О4) 84 % гомологии с Zap! (L46400) Чашелистики и лепестки

TspMADS TcomMADS TsphMADS TaMADS! 97% гомолоши с TaMADS! 1 (АВ007504) 86 % гомологии с ZapI (L46400) Чашелистики и лепестки

На дендро грамме К-box последовательностей MADS-box генов структурного класса apétala ¡/squamosa (рис. 6) выделенные нами К-Ьох последовательности ржи и пшеницы расположены среди генов, принадлежность которых к классу apétalaJ установлена не только по структуре, но и на основании экспрессии генов in situ в околоцветнике. Среди таких функционально идентифицированных apétalaI генов злаков ближайшими гомологами шести К-Ьох последовательностей из пшеницы и ржи являются ген TaMADSll пшеницы, ген HvMADSS ячменя, ген LtMADSI плевела и гены Os MA DSI 4/RA P¡B риса (Murai et at., 1998; Kyozuka et al., 2000; Schmitz et al., 2000; Gocal et al., 2001).

Два вида ржи и четыре вида гексаплоидной пшеницы, отличимые по форме колосковых чешуй, существенно не различаются строением К-Ьох последовательностей генов apétala!. Необходимо подчеркнуть, что мы относим выделенные нами фрагменты M ADS-box генов к классу apétala! только на основании высокой структурной гомологии с другими apétalaI генами злаков, У двудольных растений гены APETALA ¡/SQUAMOSA контролируют иденгификацию соцветия и цветка, а также формирование чашелистиков и лепестков цветка (Ng and Yanofsky, 2001; Theissen, 2001). Однако характер экспрессии генов apétala I полностью не совпадает у двудольных растений и злаков: у последних гены, структурно сходные с apétalaI, экс премируются не только в органах околоцветника, но и в колосковых чешуях - гомологах листа. Если судить по нуклеотидным последовательностям, выделенные нами фрагменты генов пшеницы и ржи принадлежат к иному кластеру, чем все те гены, экспрессия которых в цветковых чешуях и лодикулах установлена прямыми наблюдениями. Дальнейшие исследования покажут, стоят ли за этими структурными отличиями другие функции.

2.3. Выделен»« и идентификация предполагаемых MADS-box ретропссвдогенов ржи и кукурузы.

В процессе исследования MADS-box генов злаков мы выделили несколько необычных фрагментов генома ржи и кукурузы, которые могут быть фрагментами MADS-box ретропсевдогенов.

Как уже упоминалось, попытки получить полноразмерные фрагменты от начала пераого экзона и до конца третьего или до конца пятого экзона в случае MADS-box генов ржи, принадлежащих к структурным классам apétala}, agamous и agamouslike, привели к неоднозначным результатам. Во всех случаях наблюдали фон не специфических продуктов амплификации без явно выраженных смысловых фрагментов. В этом случае амплификацию геномной ДНК двух видов ржи проводили с использованием вырожденных праймеров к участкам в начале первого экзона, в конце третьего экзона и пятого экзона. Схема этой амплификации отражена на рисунке I. В дальнейшем мы pea мп л и фи цировали продукты первичной реакции, используя при этом комбинации внутренних специфичных праймеров, узнающих последовательности гена пшеницы TaMADS12 (ABGG7505), и универсального МП праймера (рис. 7).

MAUS-box

1-región

К-box

Е2 12 FJ 13 EJ [4 E5

—Aeir

— AgR

Ag!F— AKF —-

Mf 1 —~ Mf 1 — Mf I —— Mft —

— AgJRl

—— AgR I — AgR

AgE2F—

■— Aj»R2

Рис, 7, Схема реамплификации \MDS-box генов классов адатоаз-Нке и agamous ржи, ¥2 н Я2 - внутренние специфичные праймеры.

Мы получили несколько фрагментов генов класса agamous-iike с необычной для эукариотических генов структурой. В одном случае эти фрагменты состояли из пяти экзонов без разделяющих их интронов. Охарактеризованные фрагменты MADS-box псевдогенов однолетней (ScMADS3) и многолетней (SmMADS3) ржи зарегистрированы как AF332885 и AF332886, соответственно. Гомология нуклеотндных и производных аминокислотных последовательностей фрагментов ScMADSi и SmMADS3 с MADS-box генами Zag3 (L46397) и ZagS кукурузы составляет 94-96/95-98%, соответственно. Сравнение ранее обсуждавшихся фрагментов ScМADS] и SmMADSl (AFI59710 и AF159709) с экзоном 1 фрагментов ScMADSi и SmMADS3 обнаруживает значительные внутривидовые различия нуклеотидных/амикокислотных последовательностей этих фрагментов (соответственно 89/90 и 89/86 % гомологии), сравнимые с межвидовыми и межродовыми различиями. Это позволяет предполагать, что эти фрагменты принадлежат разным генам одного структурного класса, ,

Еще один agamous-like фрагмент генома однолетней ржи включает полные последовательности экзонов 3-5 и интрон между экзоками 3 и 4. Этот фрагмент однолетней ржи зарегистрирован как ScMADS5 (AF362364). Ближайшим гомологом исследуемой последовательности оказался MADS-box ген пшеницы TaMADSl2 (АВ007505).

Аналогичные результаты были получены для структурного класса agamous. Ближайшими аналогами охарактеризованных последовательностей ржи оказались MADS-box гены кукурузы Zag] (LI8924), а также ген риса OsMADS3 (L37528). Охарактеризованные фрагменты MADS-box псевдогеноа однолетней {ScMADS4) и многолетней (SmMADSJ) ржи зарегистрированы как AF332887 и AF346894, соответственно.

При амплификации геномной ДНК кукурузы с вырожденными п рай мерами KF1 и KR1, распознающими К-box последовательность MADS-box генов кукурузы, был получен фрагмент длиной 190 п.н., который по своим размерам соответствует продукту амплификации кДНК. Однако строение

исследованного ампликона оказалось иным: он содержит почти полные последовательности экзонов 3 и 5, короткий участок интрона 3 и более длинный фрагмент интрона 4. Как экзоны так н фрагменты нитронов имеют гомологичные последовательности в генах кукурузы Zmmi и Zog2 (Х81199 и Х8О206). Охарактеризованный фрагмент MADS-box псевдогена кукурузы класса agamous зарегистрирован как Tkz-1 (AF276682J.

Мы предполагаем, что охарактеризованные нами последовательности ржи (ScMADS3t SmMADSi, ScMADS4 и SmMADS4) являются бези тронными псевдогенами возникшими в результате обратной транскрипции Процесс и рован ной мРЛК этих MADS-box генов и интеграции полученной двухцепочечной ДНК в геном ржи с помощью ревертазы и интегразы ретротранспозонов (Dennetzen, 2001; Harrison et al., 2001).

' Охарактеризованные нами последовательности ржи ScMADSS (AF362364) и кукурузы Tkzl (AF276682) появились в результате обратной транскрипции абберантно сплайсированной прс-мРНК, транскрибированной с MADS-box генов, природных или частично захваченных транспозоном, и интеграции пол учен ной ДНК копии в геном, с помощью ревертазы л интегразы ретротранспозонов (Bermetzm, 2001), Учитывая консервативность известных канонических сайтов сплайсинга, мы использовали программу NetGene2, разработанную при анализе последовательностей сплайсинга у арабидопсиса, для поиска этих последовательностей в предполагаемых MADS-box ретропсевдогенах ржи ScMADSS и кукурузы ТЫ,

Анализ положения и структуры сайтов сплайсинга в К-Ьох последовательности agamous-like однолетней ржи (ScMADSS) с помощью программы NetGene2 показал, что одной из возможных причин нарушения сплайсинга интрона 3 можно считать отсутствие консенсуса, характерного для 5'-донорного сайта сплайсинга. При этом в интроне 3 в позиции - 48 от 5'-коица экзона 4 присутствует branc h-point-n осп ело вательность, а на границе интрона 3 и экзона 4 находится консенсусный 3'-акцепторный сайт (Рис. 11).

branch-point

"L~ ----»--qiatgCcAAATTAACTeACTAAGATXrctq^att----

Экюи 4 !

i Интрон J

AACTCftGAGGTTcc as tccactt с 111 g a geag sCACTTGCTT

5' мутантный акцепторный сайт 3'

донорный сайт

Рис. 11. Схема положения последовательностей сплайсинга фрагмента ScMADSS (AF362364), предсказанных с помощью программы NetGene2 (NetPIantGene server, httpi/Avww.cbs.dtu.dk/NetPlantGene.hmil).

Сравнение донорных последовательностей различных геноа растений показывает, что для участка стыка экзона и интрона более характерны комбинации AGgt или TGgt, однако в нашем случае именно в этом месте присутствует тетрануклеоткд ТТсс.

Экзон Интрон

S' GGCCAGGAAG GTAAGACATGT 3" Zmml (экзон 4-интрон 4)

ATCCAGGAAG GTACTGATTT TspMADS (экзон 4-нитрон 4)

В случае фрагмента К-box последовательности agamous кукурузы (ТЫ) вероятно, были нарушены два донорных сайта сплайсинга и как минимум один из акцепторных, что привело к использованию более выгодных альтернативных донорных и акцепторных последовательностей сплайсинга в интроне 3 и интроне 4. В результате этого были удалены большая часть интрона 3, экзон 4 и начало интрона 4 (рис. 12).

Программа NetGene2 обнаружила лишь branch-point-последовательность в интроне 4 и акцепторный сайт на границе интрона 4 и экзона 5, которые, вероятно, могли бы использоваться если бы изначально присутствовала нормальная донорная последовательность экзона 4. Примечательно, что на стыке экзона 3 и интрона 3 присутствует тетрануклеотид AGgi характерный для

донори ых сайтов, однако программа №іСепе2 не распознает окружающую этот тетрануклсотид последовательность как донорную и в случае геи а 2тт}. Для гена Ітті в литературе не описано абберантного сплайсинга.

ВЗ 13

Г*г1 1 CTACCAGCAeGAATCACCAAAGCtCCGCWiCCftaiiTCC AGMGCTGCW^-CAACTAACAGq С aqa? Z.TW} ***** * • +

Ziq3 4I6Q .......................................*...................

Tkxl '-1 ttcLqatgtaagtaacttagaytccgtgta^gcta^Ltgtititttytcaffactotiiattsattgaa ) 4 ">

Zmnl 4113 .................It.....t"4t.........*..............„^,..,,-.4!..

Tkz) 137 ttCCttjtttcat|ACTGA''jCTGCTGT€TCCT:CAGATTGCA-TTfiCA.TGGCAAAAAG ISO

¿¡tiul .................................— ..... «зг

ztgl SIM ..........................С.........с..... 5Ш

Рис. 12. Схема положения последовательностей сплайсинга фрагмента 7Xz/(AF276682) предсказанных с помощью программы NetGene2; branch-point-последовательность интрона 4 выделена жирным шрифтом; акцепторная последовательность подчеркнута.

Однако, несмотря на все выше изложенные соображения, происхождение охарактеризованных последовательностей псевдогенов ржи и кукурузы остается до конца не понятным. Видимо, эти новые последовательности возникали достаточно часто в ходе эволюции генома ржи. Возможно, по этой причине при относительно низком содержании MADS-box генов в геноме (Rtechmann et а!., 2000) прямая амплификация геномной ДНК чаще дает псевдогены, чем "настоящие" MADS-box гены.

ВЫВОДЫ.

Впервые клонированы и охарактеризованы фрагмента MADS-box генов ржи, определяющие MADS- и К-домены транскрипционных регуляторов, которые отвечают за ДНК-белок и белок-белок взаимодействия. 2. На примере двух видов ржи сопоставлены MADS-box гены культурного (хлебного) злака н его дикорастущего предка, которые различаются строением соцветия (колоса),

3. Получены данные о строении нитронов 3 и 4 К-box участка MADS-box генов класса apeialal ржи к пшеницы.

4. Для двух видов ржи были идентифицированы фрагменты MADS-box псевдогенов.

Список работ. опубликованных но теме диссертации.

L Забродина М. В., Ермишее В. Ю.х Карнгина А. С„ Тихонова Т. В., Хавкин ЭХ, Амплификация консервативных участков MADS-box генов у сомаклонов кукурузы линии А! 88 // Физиология растений. 1999. Т. 46 С. 600-604,

2. Акопян Т.А.. Васшьее СА., Ермишее В.Юи Забродина М.В., Карнгина А, С., Народщкий B.C., Хавкин Э.Е. Консервативные участки MADS-box генов у многолетней и однолетней ржи Л Физиология растений- 2000. Т. 47, С. 100107.

3. Ермишее Я/0.ь Забродина М.В., Карягипа А.С., Нарадицкий Б.С.. Хавкин Э £. Необычная К-box последовательность MADS-box гена кукурузы //. Физиология растений, 2000, Т. 47. С. 631-633.

4. Ermfchev V.Y., Karyagina Л.5., Khavkin Е.Е., Naroditskii B.S., Zabrodtna M.Y. A putative transposed K-box homolog of zmmj and zag2 // Maize Genetics Cooperation Newsletter. 2000. V. 74. P. 53.

Отпечатано с готового оригинал-макета Объем ! П. А_Зак, ¿23_Тираж tOQ

А НО «Издательство МСХА» 127550, Москва, ул. Тимирязевская, 44

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Ермишев, Владимир Юрьевич

Список принятых сокращений.

Список сокращенных названий генов.

ВВЕДЕНИЕ

1. Актуальность проблемы.

2. Цель и задачи исследования.

3. Научная новизна и практическая значимость исследования.

Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. MADS-box гены: общая характеристика.

1.2. Структура MADS-box транскрипционных регуляторов растений.

1.2.1. Структура белков MIKC-типа.

1.2.2. Структура MADS-box генов.

1.3. Структурная классификация семейства MADS-box генов высших растений.

1.4. Функциональная классификация MADS-box генов растений.

1.4.1. Место MADS-box генов в регуляции скорости развития и перехода к цветению.

1.4.2. Место MADS-box генов в регуляции формирования цветков и плодов.

Глава 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

2.1. Материалы.

2.1.1. Растительный материал.

2.1.2. Бактериальные штаммы.

2.1.3. Плазмидные векторы.

2.1.4. Ферменты и другие реактивы.

2.2. Методы анализа ДНК.

2.2.1. Амплификация геномной ДНК.

2.2.1.1. Выделение геномной ДНК из тканей растений.

2.2.1.2. Амплификация участков генома и реамплификация фрагментов ДНК.

2.2.1.3. Электрофоретическое разделение и выделение фрагментов ДНК.

2.2.2. Клонирование амплифицированных фрагментов ДНК.

2.2.2.1. Приготовление компетентных клеток.

2.2.2.2. Подготовка фрагментов ДНК к клонированию.

2.2.2.3. Трансформация компетентных клеток Е.coli препаратами плазмидной ДНК.

2.2.2.4. Выделение ДНК плазмид из клеток бактерий.

2.2.2.5. Определение нуклеотидной последовательности ДНК.

2.3. Компьютерный анализ фрагментов генов.

2.3.1. Базы данных и программы сравнения и поиска гомологий.

2.3.2. Выравнивание и кластерный анализ нуклеотидных и производных аминокислотных последовательностей генов.

2.3.3. Конструирование специфических олигонуклеотидных праймеров для проведения ПЦР.

2.3.4. Регистрация последовательностей ДНК в базе данных NCBI (GenBank).

2.3.5. Поиск последовательностей сплайсинга пре-мРНК.

Глава 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

3.1. Выделение и идентификация фрагментов MADS-box генов класса agamous-like и apetalal ржи и пшеницы.,.

3.1.1. MADS-box последовательность класса agamous-like у двух видов ржи.

3.1.2. К-Ьох последовательность класса apetalal у ржи и пшеницы.

3.2. Выделение и идентификация MADS-box псевдогенов ржи и кукурузы.

3.2.1. Псевдогенные последовательности ржи, гомологичные генам класса agamous-like.

3.2.2. Псевдогенные последовательности ржи и кукурузы, гомологичные генам класса agamous.

Глава 4. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ

4.1. Синтез фрагментов MADS-box генов методом прямой амплификации геномной ДНК.

4.2. Структурное и возможное функциональное положение идентифицированных фрагментов MADS-box генов ржи и пшеницы среди генов злаков и двудольных.

4.2.1. MADS-box последовательность MADS-box генов класса agamous-like у двух видов ржи.

4.2.2. К-box последовательности MADS-box генов класса apetalal у ржи и гексаплоидных пшениц.

4.3. Структурная гомология предполагаемых MADS-box ретропсевдогенов ржи и кукурузы с MADS-box генами злаков.

ВЫВОДЫ.

Введение Диссертация по биологии, на тему "MADS-box гены ржи и пшеницы"

1. Актуальность проблемы.

Значительные успехи в понимании фундаментальных основ генетической регуляции процессов морфогенеза у покрытосеменных растений, достигнуты благодаря изучению структуры и эволюции нескольких семейств генов транскрипционных регуляторов. Среди них в течение последних двенадцати лет особенно интенсивно исследуются гомеозисные переключатели развития из семейства MADS-box (Sommer et al., 1990; Theissen, 1995; Ng and Yanofsky, 2000; Kyozuka et al., 2002).

Значительная структурная и функциональная консервативность MADS-box генов в пределах двух классов покрытосеменных растений существенно облегчает изучение механизмов, с помощью которых гомологичные и/или ортологичные гены определяют общие черты и видоспецифические различия в морфологии цветка. С установлением связи ген-признак становится возможным использовать MADS-box гены в качестве ДНК маркеров для мониторинга хозяйственно ценных признаков растений в селекции и для паспортизации сортов культурных растений. Кроме того, ведется активная работа по генетической модификации растений MADS-box генами с целью изменить морфологию цветков и соцветий. Оба биотехнологических направления исследований MADS-box генов защищены патентами и уже вышли в область практического использования.

2. Цели и задачи исследования.

Цель настоящей работы - обнаружение и идентификация MADS-box генов развития в геномах растений ржи и пшеницы, и сопоставление обнаруженных генов или фрагментов этих генов с последовательностями MADS-box генов, уже известными у других видов растений, для создания высоко-специфичных гибридизационных зондов.

В процессе работы предстояло решить следующие задачи:

Сконструировать олигонуклеотидные праймеры, специфичные по отношению к MADS-box и К-box последовательностям трех функционально различных классов MADS-box генов: apetalal, agamous и agamous-like.

Синтезировать фрагменты MADS-box генов ржи и пшеницы методом прямой амплификации геномной ДНК (с помощью полимеразной цепной реакции, ПНР), клонировать эти фрагменты и идентифицировать их по первичной структуре.

Провести сопоставление нуклеотидных и производных аминокислотных последовательностей фрагментов MADS-box генов ржи и пшеницы со всеми известными последовательностями MADS-box генов злаков и генами-прототипами из растений арабидопсиса (Arabidopsis thaliana L.) и львиного зева {Antirrhinum majus L.).

3. Научная новизна и практическая значимость.

К началу нашей работы в литературе не было данных о строении MADS-box генов злаков трибы пшеницевых. Позже были опубликованы последовательности трех кДНК пшеницы (Murai et al., 1998), семи кДНК ячменя (Schmitz et al., 2000) и двух кДНК плевела (Lolium temulentum L.) (Gocal et al., 2001). Клонированные нами последовательности генов многолетней и однолетней ржи (они зарегистрированы как Genbank accession numbers AF15709-AF15712 и AF332885-AF332887) и четырех видов гексаплоидной пшеницы (AY055112-AY055115) составляют значительную часть базы данных MADS-box генов пшеницевых, а полученные нами сведения о строении интронов MADS-box генов ржи и пшеницы могут быть сопоставлены только с немногочисленными результатами исследований кукурузы и риса.

В нашей работе были впервые клонированы и охарактеризованы фрагменты MADS-box генов ржи, определяющие два домена этих транскрипционных регуляторов, отвечающие за ДНК-белок и белок-белок взаимодействия. Впервые на примере двух видов ржи сопоставлены MADS-box гены культурного (хлебного) злака и его дикорастущего предка, которые различаются строением соцветия (колоса). Впервые у злаков получены данные о строении интронов 3 и 4 у MADS-box генов класса apetalal. Впервые показано, что геном злаков содержит последовательности MADS-box псевдогенов, которые, по-видимому, связаны с ретротранспозонами и транспозонами.

Заключение Диссертация по теме "Молекулярная биология", Ермишев, Владимир Юрьевич

выводы.

1. Впервые клонированы и охарактеризованы фрагменты MADS-box генов ржи, определяющие MADS- и К-домены транскрипционных регуляторов, которые отвечают за ДНК-белок и белок-белок взаимодействия.

2. На примере двух видов ржи сопоставлены MADS-box гены культурного (хлебного) злака и его дикорастущего предка, которые различаются строением соцветия (колоса).

3. Получены данные о строении интронов 3 и 4 K-box участка MADS-box генов класса apetalal ржи и пшеницы.

4. Для двух видов ржи были идентифицированы фрагменты MADS-box псевдогенов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

Используя метод прямой амплификации геномной ДНК мы получили последовательности MADS-box генов ржи и пшеницы гомологичные MADS-box генам уже известными у других видов растений. Использованный метод оказался не достаточно эффективен применительно к этому семейству генов: в ряде случаев выход специфических продуктов ПЦР амплификации был чрезвычайно низким, либо полностью отсутствовал. В любом случае мы не можем объяснить отсутствие специфических фрагментов, или наоборот продуктивность ПЦР амплификации, так как у нас нет информации о структуре участков генома содержащих эти последователньости, кроме того нам не известно точное число копий MADS-box генов каждого структурного класса, а также общая копийность MADS-box генов в геноме, которая в сравнении, например, с генами рецептор-подобных киназ несоизмерима мала. Насыщенность генома растений, в особенности злаков, транспозонами и ретротранспозонами также существенно ограничивает исследование MADS-box генов методом прямой амплификации. Косвенным тому доказательством могут быть выделенные нами необычные последовательности предполагаемых MADS-box ретропсевдогенов, число копий которых в геноме ржи, вероятно, превышает этот показатель для MADS-box генов. Таким образом, мы были ограничены только сравнительным анализом конечных результатов амплификации. Возможный вариант решения проблемы амплификации MADS-box генов разных структурных классов, в рамках использованного метода, - это секвенирование большего количества клонов и/или оптимизация праймеров с учетом особенностей генома ржи.

Выделенные нами MADS-box и К-box последовательности MADS-box генов двух видов ржи и и четырех видов пшеницы не имеют заметных видовых различий. Это объясняется тем, что охарактеризованные нами фрагменты принадлежат только двум MADS-box генам относящихся к структурным классам agamous-like (MADS-box) и apetalal (K-box). Для того, чтобы найти видовые различия в наиболее консервативных участках MADS-box генов MADS-box и К-box последовательностях, необходимо выделить эти участки у нескольких разных генов одного структурного класса, а также охарактеризовать по первичной структуре наиболее выриабельную область включающую интрон 1, экзон 2 и интрон 2, которая может содержать различия и в случае тех генов, фрагменты которых мы получили.

Дальнейшим этапом нашей работы станет определение того, какие из выделенных нами последовательностей MADS-box генов и MADS-box псевдогенов смогут выступать в качестве гибридизационных зондов и как они будут косегрегировать с интересующими нас признаками, которые определяются MADS-box генами.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Ермишев, Владимир Юрьевич, Москва

1. Ежова Т.А. и Склярова О.А. Гены контролирующие структуру соцветий и их возможная роль в эволюции // Онтогенез. 2001. Т. 32. С. 462-470.

2. Лутова Л.А., Тиходеев О.Н., Тихонович И.А., Проворов Н.А., Шишкова С. О., Ходжайова Л. Т. Генетика развития растений // Л. Наука. 2000.

3. Хавкин Э.Е. Генетическая регуляция морфогенеза растений // Физиология растений. 1998. Т.45. С. 676-690

4. Ambrose B. A., Lerner D.R., Ciceri P., Padilla C.M., Yanofsky M.F., Schmidt R.J. Molecular and Genetic Analyses of the Silky 1 Gene Reveal Conservation in Floral Organ Specification Between Eudicots and Monocots // Mol. Cell. 2000. V. 5. P. 569-579.

5. Araki T. Transition from vegetative to reproductive phase // Curr Opin Plant Biol. 2001. Y. 4. P. 63-68.

6. Bennetzen J.L. Transposable Element Contributions to Plant Gene and Genome Evolution // Plant Mol. Biol. 2000. V. 42. P. 251-269.

7. Blazquez M. Flower development pathways // J Cell Sci. 2000. V. 113. P. 3547-3548.

8. Bowman J.L., Alvarez J., Weigel D., Meyerowitz E.M., Smyth D.R. Control of flower development in Arabidopsis thaliana by APETALA1 and interacting genes // Development. 1993. V. 119. P. 721-743.

9. Bowman J.L., Drews G.N., Meyerowitz E.M. Expression of the Arabidopsis floral homeotic gene AGAMOUS is restricted to specific cell types late in flower development // Plant Cell. 1991. V. 3. P. 749-758.

10. Cho S., JangS., Chae S., Chung KM., Moon Y.H., An G., JangS.K. Analysis of the C-terminal region of Arabidopsis thaliana APETALA1 as a transcription activation domain // Plant Mol Biol. 1999. V. 40. P. 419-429.

11. Chuang C.F., Meyerowitz E.M. Specific and heritable genetic interference by double-stranded RNA in Arabidopsis thaliana // Proc Natl Acad Sci USA. 2000. V. 97. P. 4985-4990.

12. Chung Y.Y., Kim S.R., FinkelD., Yanofsky M.F., An G. Early flowering and reduced apical dominance result from ectopic expression of a rice MADS box gene // Plant Mol Biol. 1994. V. 26. P. 657-665.

13. Coen E.S., Meyerowitz E.M. The war of the whorls: genetic interactions controlling flower development //Nature. 1991. V. 353. P. 31-37.

14. Coen E.S., Romero J.M., Doyle S., Elliott R., Murphy G., Carpenter R. Floricaula: a homeotic gene required for flower development in antirrhinum majus // Cell. 1990. V. 63. P. 1311-1322.

15. Colombo L., Franken J., Koetje E., van Went J., Dons H.J., Angenent G.C., van Tunen A.J. The petunia MADS box gene FBP11 determines ovule identity // Plant Cell. 1995. V. 7. P. 1859-1868.

16. Deyholos M.K., Sieburth L.E. Separable whorl-specific expression and negative regulation by enhancer elements within the AGAMOUS second intron // Plant Cell. 2000. V. 12. P. 1799-1810.

17. Ferrandiz C., Gu Q., Martienssen R., Yanofsky M.F. Redundant regulation of meristem identity and plant architecture by FRUITFULL, APETALA1 and CAULIFLOWER//Development. 2000. V. 127. P. 725-734.

18. Gocal G.F., KingR. W., Blundell C.A., Schwartz O.M., Andersen C.H., Weigel D. Evolution of floral meristem identity genes. Analysis of Lolium temulentum genes related to APETALA1 and LEAFY of Arabidopsis //Plant Physiol. 2001. V. 125. P. 1788-1801.

19. Godson G.N., VapnekD. A simple method of preparing large amounts of phiX174 RF 1 supercoiled DNA // Biochim Biophys Acta. 1973. V. 299. P. 516-520.

20. Goto K, Kyozuka J., Bowman J.L. Turning floral organs into leaves, leaves into floral organs I I Curr Opin Genet Dev. 2001. V. 11. P. 449-456.

21. Goto K, Meyerowitz E.M. Function and regulation of the Arabidopsis floral homeotic gene PISTILLATA II Genes Dev. 1994. V. 8. P. 1548-1560.

22. Greco R., Stagi L., Colombo L., Angenent G.C., Sari-Gorla M., Ре M.E. MADS box genes expressed in developing inflorescences of rice and sorghum // Mol Gen Genet. 1997. V. 253. P. 615-623.

23. Gu Q., Ferrandiz C., Yanofsky M.F., Martienssen R. The FRUITFULL MADS-box gene mediates cell differentiation during Arabidopsis fruit development // Development. 1998. V. 125. P. 1509-1517.

24. GuerinJ., Ross el J. В., Roberts., Tsuchiya Т., Koltunow A. A DEFICIENS homologue is down-regulated during apomictic initiation in ovules of Hieracium // Planta. 2000. V. 210. P. 914-920.

25. Hake S. Unraveling the knots in plant development // Trends Genet. 1992. V. 8. P. 109-114.

26. Hanahan D. Studies on transformation of E.coli with plasmids // J. Mol. Biol. 1983, V. 166. P. 557-580

27. Harrison P.M., Echois N., Gerstein M.B. Digging for Dead Genes: An Analysis of the Characteristics of the Pseudogene Population in the Caenorhabditis elegans Genome //Nucl. Acids Res. 2001. V. 29. P. 818-830.

28. Hartmann U., Hohmann S., Nettesheim K., Wisman E., Saedler H., Huijser P. Molecular cloning of SVP: a negative regulator of the floral transition in Arabidopsis //Plant J. 2000. V. 21. P. 351-360.

29. Haughn G. W., Schultz E.A., Martinez-Zapater J.M. The regulation of flowering in Arabidopsis thaliana: meristems, morphogenesis, and mutants // Can. J. Bot. 1995. V. 73. P. 959-981.

30. HebsgaardS.M., Korning P.G., TolstrupN., Engelbrecht J., Rouze P., BrunakS. Splice site prediction in Arabidopsis thaliana pre-mRNA by combining local and global sequence information //Nucleic Acids Res. 1996. V. 24. P. 3439-3452.

31. Higgins D. G., Sharp P.M. Fast and sensitive multiple sequence alignments on a microcomputer//CABIOS. 1989. V. 5. P. 151-153

32. Honma Т., Goto K. Complexes of MADS-box proteins are sufficient to convert leaves into floral organs // Nature. 2001. V. 409. P. 525-529.

33. Jack T. Relearning our ABCs: new twists on an old model // Trends Plant Sci. 2001. V. 6. P. 310-316.

34. Jack Т., Brockman L.L., Meyerowitz E.M. The homeotic gene APETALA3 of Arabidopsis thaliana encodes a MADS box and is expressed in petals and stamens // Cell. 1992. V. 68. P. 683-697.

35. Jeon J.S., Jang S., Lee S., Nam J., Kim C., Lee S.H., Chung Y. Y., Kim S.R., Lee Y.H., Cho Y.G., An G. Leafy hull sterile 1 is a homeotic mutation in a rice MADS box gene affecting rice flower development // Plant Cell. 2000. V. 12. P. 871-884.

36. JiaH., ChenR., Cong В., Cao K, Sun C., Luo D. Characterization and transcriptional profiles of two rice MADS-box genes // Plant Sci. 2000. V. 155. P. 115-122.

37. KangH.G., An G. Isolation and characterization of a rice MADS box gene belonging to the AGL2 gene family // Mol Cells. 1997. V. 7. P. 45-51.

38. KangH.G., Noh Y.S., Chung Y.Y., Costa M.A., An K, An G. Phenotypic alterations of petal and sepal by ectopic expression of a rice MADS box gene in tobacco // Plant Mol Biol. 1995. V. l.P. 1-10.

39. Klein J., Saedler H., Huijser P. A new family of DNA binding proteins includes putative transcriptional regulators of the Antirrhinum majus floral meristem identity gene SQUAMOSA // Mol Gen Genet. 1996. V. 250. P. 7-16.

40. Koornneef M., Alonso-Blanco C., Blankestijn-de Vries H., Hanhart C.J., Peeters A.J. Genetic interactions among late-flowering mutants of Arabidopsis // Genetics. 1998. V. 148. P. 885-892.

41. KrizekB.A., Meyerowitz E.M. The Arabidopsis homeotic genes APETALA3 and PISTILLATA are sufficient to provide the В class organ identity function // Development. 1996. V. 122. P. 11-22.

42. Kumar A., Bennetzen J.L. Plant retrotransposons // Annu Rev Genet. 1999. V. 33. P. 479-532.

43. Kyozuka J., Kobayashi Т., Morita M., Shimamoto K. Spatially and temporally regulated expression of rice MADS box genes with similarity to Arabidopsis class A, В and С genes //Plant Cell Physiol. 2000. V. 41. P. 710-718.

44. Ma H., Yanofsky M.F., Meyerowitz E.M. AGL1-AGL6, an Arabidopsis gene family with similarity to floral homeotic and transcription factor genes // Genes Dev. 1991. V. 5. P. 484-495.

45. Mandel M.A., Gustafson-Brown C., Savidge В., Yanofsky M.F. Molecular characterization of the Arabidopsis floral homeotic gene APETALA1 // Nature. 1992. V. 360. P. 273-277.

46. Mandel M.A., Yanofsky M.F. A gene triggering flower formation in Arabidopsis // Nature. 1995. V. 377. P. 522-524.

47. Mandel M.A., Yanofsky M.F. The Arabidopsis AGL9 MADS-box gene is expressed in young flower primordia Sex // Plant Reprod. 1997. In press.

48. McClintock B. The significance of responses of the genome to challenge // Science. 1984. V. 226. P. 792-801.

49. MenaM., Mandel M. A., Lerner D.R., Yanofsky M.F., Schmidt R.J. A characterization of the MADS-box gene family in maize // Plant Journal. 1995. V. 8. P. 845-854.

50. Michelmore R. Genomic Approaches to Plant Disease Resistance // Curr. Opin. Plant Biol. 2000. V. 3.P. 125-131.

51. Moon Y.H., KangH.G., JungJ.Y., JeonJ.S., SungS.K., An G. Determination of the motif responsible for interaction between the rice APETALA1/AGAMOUS-LIKE9 family proteins using a yeast two-hybrid system // Plant Physiol. 1999. V. 120. P. 1193-1204.

52. MuraiK., Murai R., TakumiS., Ogihara Y. cDNA cloning of three MADS box genes in wheat // Plant Physiol. 1998. V. 118. P. 330.

53. NgM., Yanofsky M.F. Three ways to learn the ABCs // Curr Opin Plant Biol. 2000. V.3.P. 47-52.

54. Ng M., Yanofsky M.F. Function and evolution of the plant MADS-box gene family // Nat Rev Genet. 2001a. V. 2. P. 186-195.

55. Ng M., Yanofsky M.F. Activation of the ArabiTJopsis В class homeotic genes by APETALA1 //Plant Cell. 2001b. Y. 13. P. 739-753.

56. Okamuro J.K, Caster В., Villarroel R., Van Montagu M., Jofuku K.D. The AP2 domain of APETALA2 defines a large new family of DNA binding proteins in Arabidopsis // Proc Natl Acad Sci USA. 1997. V. 94. P. 7076-7081.

57. Olson E.N., Perry M., Schulz R.A. Regulation of muscle dif-ferentiationby the MEF2 family of MADS box transcription factors // Dev Biol. 1995. V. 172. P.2.14.

58. Pelaz S., Ditta G.S., Baumann E., Wisman E., Yanofsky M.F. В and С floral organ identity functions require SEPALLATA MADS-box genes // Nature. 2000. V. 405. P. 200-203.

59. Pineiro M., Coupland G. The control of flowering time and floral identity in Arabidopsis//Plant Physiol. 1998. Y. 117. P. 1-8.

60. Prasad К., SriramP., Kumar C.S., Kushalappa K, Vijayraghavan U. Ectopic expression of rice OsMADSl reveals a role in specifying the lemma and palea, grass floral organs analogous to sepals If Dev Genes Evol. 2001. V. 211. P. 281-290.

61. Purugganan M.D. The MADS-box floral homeotic gene lineages predate the origin of seed plants :phylogenetic and molecular clock estimates 11J Mol Evol. 1997. V. 45. P. 392-396.

62. Purugganan M.D., Rounsley S.D., Schmidt R.J., Yanofsky M.F. Molecular evolution of flower development: diversification of the plant MADS-box regulatory gene family // Genetics. 1995. V. 140. P. 345-356.

63. Riechmann J. L., Krizek B.A., Meyerowitz E.M. Dimerization specificity of Arabidopsis MADS domain homeotic proteins APETALA1, APETALA3, PISTJLLATA, and AGAMOUS11 Proc Natl Acad Sci USA. 1996. У. 93. P. 47934798.

64. Riechmann J.L., Meyerowitz E.M. MADS domain proteins in plant development //Biol Chem. 1997. V. 378. P. 1079-1101.

65. Riechmann J.L., Ratcliffe O.J. A genomic perspective on plant transcription factors // Curr Opin Plant Biol. 2000. V. 3. P. 423-434.

66. Sablowski R. W., Meyerowitz E.M. Temperature-sensitive splicing in the floral homeotic mutant apetala3-l /I Plant Cell. 1998. V. 10. P. 1453-1463.

67. Sagai Maroof M.A., Soliman KM., Jorgensen R.A., Allard R. W. Ribosomal DNA Spacer-Length Polymorphism in Barley: Mendelian Inheritance, Chromosomal Location, and Population Dynamics // Proc. Nat. Acad. Sci. USA. 1984. V.81. P. 8014-8018.

68. SamachA., Onouchi H., GoldS.E., Ditta G.S., Schwarz-Sommer Z., Yanofsky M.F., Coupland G. Distinct roles of CONSTANS target genes in reproductive development of Arabidopsis // Science. 2000. V. 288. P. 1613-1616.

69. SanMiguel P., Bennetzen J.L. Evidence that a recent increase in maize genome size was caused by the massive amplification of intergene retrotransposons // Ann Bot. 1998. V. 82. P. 37-44.

70. Sanger F., Nicklen S., Coulson A.R. DNA sequencing with chain-terminating inhibitors // Proc Natl Acad Sci USA. 1977. V. 74. P. 5463-5467.

71. Schmidt R.J., Ambrose B.A. The Blooming of Grass Flower Development // Curr. Opin. Plant Biol. 1998. V. 1. P. 60-67.

72. Schmidt R.J., Veit В, Mandel M.A., Mena M, Hake S, Yanofsky M.F. Identification and molecular characterization of ZAG1, the maize homolog of the Arabidopsis floral homeotic gene AGAMOUS// Plant Cell. 1993. V. 5. P. 729-737.

73. Schmitz J., Franzen R., Ngyuen Т.Н., Garcia-Maroto F., Pozzi C., Salamini F., Rohde W. Cloning, mapping and expression analysis of barley MADS-box genes // Plant Mol Biol. 2000. V. 42. P. 899-913.

74. Schultz E.A., Haughn G. W. LEAFY, a homeotic gene that regulates inflorescence development in Arabidopsis // Plant Cell. 1991. V. 3. P. 771-781.

75. Schultz E.A., Haughn G. W. Genetic analysis of the floral initiation process (FLIP) in Arabidopsis // Development. 1993. V. 119. P. 745-765.

76. Sheldon C.C., Burn J.E., Perez P.P., Metzger J, Edwards J.A., Peacock W.J., Dennis E.S. The FLF MADS box gene: a repressor of flowering in Arabidopsis regulated by vernalization and methylation // Plant Cell. 1999. V. 11. P. 445-458.

77. Sheldon C.C., Finnegan E.J., Rouse D.T., Tadege M., BagnallD.J., Helliwell C.A., Peacock W.J., Dennis E.S. The control of flowering by vernalization // Curr Opin Plant Biol. 2000a. V. 3. P. 418-422.

78. Sheldon C.C., Rouse D.Т., Finnegan E.J., Peacock W.J., Dennis E.S. The molecular basis of vernalization: the central role of FLOWERING LOCUS С (FLC) II Proc Natl Acad Sci USA. 2000b. V. 97. P. 3753-3758.

79. Shore P., Sharrocks A.D. The MADS-box family of transcription factors // Eur J Biochem. 1995. V. 229. P. 1-13.

80. Simon R., Carpenter R., Doyle S., Coen E. FIMBRIATA controls flower development by mediating between meristem and organ identity genes // Cell. 1994. V. 78. P. 99107.

81. Smyth D.L. A reverse trend MADS functions revealed // Trends in plant science. 2000. P. 315-316.

82. Solymosy F., Pollak T. Uridylate-rich small nuclear RNAs (usnRNAs), their genes and pseudogenes, and usnRNPs in plants: Structure and function a comparative approach // Crit. Rev. Plant Sci. 1993. V. 12. P. 275-369.

83. Talerico M., BergetS.M. Effect of 59 splice site mutations on splicing of the preceding intron // Mol. Cell. Biol. 1990. V. 10. P. 6299-6305.

84. Theissen G., Strater Т., Fischer A., Saedler H. Structural characterization, chromosomal localization and phylogenetic evaluation of two pairs of AGAMOUS-like MADS-box genes from maize //Gene. 1995. V. 156. P. 155-166.

85. Theissen G., Becker A., Di Rosa A., Kanno A., Kim J. Т., Munster Т., Winter К U., Saedler H. A short history of MADS-box genes in plants // Plant Mol Biol. 2000. V. 42. P. 115-149.

86. Theissen G. Development of floral organ identity: stories from the MADS house // Curr Opin Plant Biol. 2001. V. 4. P. 75-85.

87. Tilly J.J., Allen D. W., Jack T. The CArG boxes in the promoter of the Arabidopsis floral organ identity gene APETALA3 mediate diverse regulatory effects // Development. 1998. V. 125. P. 1647-1657.

88. Vicient C.M., Jaaskelainen M.J., Kalendar R., Schulman A.H. Active Retrotransposons Are a Common Feature of Grass Genomes // Plant Physiology. 2001. V. 125. P. 1283-1292.

89. Wang G.H., Seeger C. Novel mechanism for reverse transcription in hepatitis В viruses//J Virol. 1993. V. 67. P. 6507-6512.

90. Weigel D., Alvarez J., Smyth D.R., Yanofsky M.F., Meyerowitz E.M. LEAFY controls floral meristem identity in Arabidopsis 11 Cell. 1992. V. 69. P. 843-859.

91. Weigel D., Meyerowitz E.M. The ABCs of floral homeotic genes // Cell. 1994. V. 78. P. 203-209.

92. Wilhelm M., Wilhelm F.X. Reverse transcription of retroviruses and LTR retrotransposons // Cell Mol Life Sci. 2001. V. 58. P. 1246-1262.

93. Yanofsky M.F. Floral meristems to floral organs: genes controlling early events in Arabidopsis flower development // Annu Rev Plant. 1995. V. 46. P. 167-188.109

94. Yanofsky M.F., Ma H., Bowman J.L., Drews G.N., Feldmann K.A., Meyerowitz E.M. The protein encoded by the Arabidopsis homeotic gene agamous resembles transcription factors //Nature. 1990. V. 346. P. 35-39.

95. Yi Y., Jack T. An intragenic suppressor of the Arabidopsis floral organ identity mutant apetala3-l functions by suppressing defects in splicing // Plant Cell. 1998. V. 10. P. 1465-1477.

96. Zachgo S., de Andra Silva E., MotteP., Trobner W., SaedlerH., Schwarz-Sommer Z. Functional analysis of the Antirrhinum floral homeotic DEFICIENS gene in vivo and in vitro by using a temperature-sensitive mutant // Development 1995. V. 121. P. 2861-2875.

Информация о работе

Ермишев, Владимир Юрьевич
кандидата биологических наук
Москва, 2002
ВАК 03.00.03

Диссертация

MADS-box гены ржи и пшеницы - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы