拟南芥AtRDR1过量表达转基因的鉴定与分析(2)
1.2 雌雄异位性状及其生态学意义雌雄异位，是指同一朵花的雌雄生殖器官在空间上的分离，在由昆虫传粉的雌雄同体植物中十分常见。对于自交不亲和的种群，雌雄异位的主要功能体现在减少雌雄功能干扰，反之，对于自交亲和的植物，其作为一个适应性的角色，降低了自交的可能性并增加异交的机会。的确，目前的许多研究已经证实了在不同的植物种群中雌雄异位的程度和异交率呈单调地增长关系，包括烟草属、克拉花属、时钟花属、沟酸浆属、耧斗菜属和曼陀罗属，尽管也有一些例外如：水仙。可以十分直接的观察到，这些自交亲和植物种群大都开花式样较大，并且对于这些植物来说，雌雄异位对异交的促进作用可能比较复杂。一方面，比较大的花朵能通过增加对传粉昆虫的吸引力来增加授粉从而提高异交率。另一方面，花朵比较大便于同株授粉，和同一植株不同花朵间花粉散发而引起的自交。为了更好地阐明雌雄异位在促进异交中的作用， 最理想的研究材料要求存在雌雄异位变异表型并且花朵较小的高度自交物种。雌雄异位被证实了在不同植物种群中有中度至高度的遗传可能性， 以及对选择做出快速应答的能力。但是，对于许多不同物种来说，雌雄异位的分子基础的研究还不是十分清楚， 这主要是因为那些一般的非模式生物的植物品种能提供研究的基因组非常有限。因此，对拟南芥这类模式生物的生态学重要性和复杂特性的研究显得意义非凡[5]。
1.3 拟南芥作为模式植物的优点拟南芥的全基因组测序工作在 2000年全部完成，它作为高等植物，是第一个被完整测序的[6]。 它作为一种研究材料，在各学科中被广泛地应用。目前，拟南芥与大肠杆菌、 果蝇、 斑马鱼均成为了典型的模式生物。 它的优势在于： （1）植株较小，约高 7厘米到 4 厘米，培养大批拟南芥只需用很少的空。（2）生长周期短，在实验室培养拟南芥一般仅需 4到 8周，并且可以通过调节培养光照周期来控制拟南芥的生活周期。（3）形态特征简单分明，植株基部着生有莲座叶，茎生叶不具叶柄，主茎和侧枝顶生有总状花序，四片白色花瓣[7]。（4）结实丰富，一株植物每一代能产生数千粒种子。（5）基因组很小，重复序列少，是目前已知植物基因组中最小的，具有5 对染色体，单倍体基因组 DNA序列总长仅为 125Mb，便于进行基因库的筛选以及构建。源`自*优尔?文.论~文`网[www.youerw.com长时间以来，拟南芥被人们看作普遍高度自交的物种，它雌雄同花，是典型的自花授粉植物，之前有报道表明其远交仅有 0-2.5%，这使得其成为研究减少有效重组对基因组上核苷酸变异的影响的最好的材料。然而，最近的群体遗传学研究表明，少数野生的拟南芥群体的远交率大于 20%，这说明拟南芥的交配模式存在的种内的遗传变异。Luo 和Widmer（2013）首次研究并报道了拟南芥的雌雄异位现象及其对交配系统的影响。 他们的研究表明， 大多数的拟南芥野生种质不存在雌雄异位， 由于花非常小，花粉在自然重力或风力作用下能有效附着在柱头上完成自花授粉。但是，少数拟南芥表现出雌雄异位，能够减少自花授粉，促进远交。拟南芥成为最广泛使用的模式植物材料的原因，正是由于以上提到的这些独特的生物学特征。
1.4 拟南芥 RDR（RNA-dependent RNA polymerases）基因相关研究进展RDR1被发现能够独立的参与植物的抗病毒和转录后沉默机制，并且这两个途径RDR1 是重叠参与的。拟南芥 RDR1基因在成熟果荚和韧皮部高度表达，不在茎尖、幼嫩花苞，未成熟的果荚等未成熟的器官及顶端分生组织中表达[8]。 它对拟南芥种荚的发育过程也起到一定作用， 其突变会使得种荚变短以及种子量减少。Liu 等人（2009）针对15 个物种的 RDR序列进行分析，然后将 RDR 分为四个亚家族。拟南芥RDR1作为Ⅰ亚家族的代表通过合成病毒小 RNA 来调控植物对病毒的防御。根据对Ⅰ类亚家族丰富的研究资料我们能够得知：Ⅰ类亚家族的RDR 序列具有明显的组织表达特异性并且其表达受茉莉酸、 水杨酸的诱导[9]。中国农业科学院卫波组的研究发现番茄 RDR1的缺失导致了果实中出现了长果实，这证明了Ⅰ类 RDR 序列可能对植物的生殖发育有十分重要的影响，但是其机制还不清楚[10]。 与拟南芥RDR1同具有抗病毒功能的拟南芥RDR6属于Ⅲ类亚家族。与拟南芥RDR1同样地，RDR6的缺失会使拟南芥对病毒更为敏感并降低病毒小RNA 的代谢能力。除此之外，它还参与调节了植物生长发育以及对逆境的应答，功能相对复杂。RDR6还可以在转录之后通过小RNA 介导的 mRNA 降解途径沉默转入的基因，在缺失这个基因的突变体中能够改善转入的外源 SKRb基因的表达，进而增强柱头的自交不亲和性。当编码 RDR6 的基因 AT3G49500 的第一个外显子由T 变成C，所编码蛋白的第768 号氨基酸由 Cys 变成 Tyr 时，RDR6 突变体能增强拟南芥花的自交不亲和，促进柱头伸长，但是会引起SRKb 转录水平的降低， 因此 RDR6在增强拟南芥自交不亲和的作用上是一个负调控因子。 另外，此项研究还表明， 在 RDR6突变体中没有能够调控自交不亲和的正调控因子基因的表达的增加。 自交不亲和性的增加是特异性的依赖反式作用干扰小 RNA 途径。其中的原因可能在于没有反式作用干扰小RNA 去调节一个或多个正调控因子，或者直接对自交不亲和的效应器起了作用， 从而引起拟南芥柱头伸长进而导致自交不亲和[11,12]。