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牡丹(Paeonia suffruticosa)是中国传统名花之一,具有极高的观赏、商用及药用价值。在长期栽培演化过程中,牡丹在花型结构与花色上均发生复杂的改变。运用植物分子育种技术来培育新的牡丹品种,近年来成为众多学者研究热点之一。MADS-box家族基因是调控植物花器官形态建成的关键,而目前对牡丹MADS-box基因的研究较为缺乏。因此,本研究基于课题组牡丹转录组数据库,从中筛选6条可能参与牡丹花发育的MADS-box基因,采用同源克隆的方法克隆得到6条基因的cDNA全长,并运用生物信息学方法对其进行分析。同时结合荧光定量PCR法与原位杂交法,对这6条基因在花芽分化不同时期的表达模式进行鉴定与分析。主要研究结果如下:(1)从牡丹‘洛阳红’花瓣中克隆得到6条花发育相关基因cDNA全长,分别命名为PsAP150(GenBank 登录号:MT225536)、PsAP185(GenBank 登录号:MT225538)、PsPI72(GenBank 登录号:MT225533)、PsAP353(GenBank 登录号:MT225537)、PsA G69(GenBank登录号:MT225534)、PsSEP1(GenBank登录号:MT225535)。其序列长度分别为768bp、729bp、636 bp、609bp、729bp、729bp,分别编码 255、242、212、203、243、243个氨基酸。序列对比结果显示,6条基因均含有MADS结构域与K结构域以及对应的特征区域,属于牡丹中MADS-box基因家族。预测6条基因的蛋白质二级结构由α-螺旋、β-折叠、拓展链与无规则卷曲所组成,均定性为不稳定亲水性蛋白。(2)荧光定量PCR法对6条基因在不同牡丹品种6个花芽分化时期的表达进行分析,结果显示,6个基因在两种不同花型牡丹中的表达模式相似但略有差异,在牡丹花发育6个时期中均有所表达。PsAP150在‘雪塔’与‘凤丹白’的萼片原基分化期表达量显著增高,该时期表达量分别为分化始期的32.41倍和27.82倍。PsAP185在‘雪塔’花瓣原基分化期及雄蕊原基分化期表达量远高于其余4个时期,在‘凤丹白’花瓣原基分化期表达量达到最高。PsPI72基因表达量在‘雪塔’花瓣原基分化期显著增高,在‘凤丹白’雄蕊原基分化期表达量最高为分化始期的22.37倍。PsAP353基因在‘雪塔’及‘凤丹白’雄蕊原基分化期表达量最高。PsAG69基因在‘雪塔’与‘凤丹白’花发育6个时期中表达量呈上升趋势,在雌蕊原基分化时达到最高。PsSEP1基因在‘雪塔’及‘凤丹白’萼片原基分化时期表达量达到最大。(3)原位杂交结果表明‘凤丹白’中,PsAP150与PsSEP1基因定位在苞片,PsAP185定位在萼片,PsPI72与PsAP353定位在花瓣,PsAG69基因在整个花发育过程中均未见杂交信号。‘雪塔’中,PsAP150基因与PsSEP1基因定位在萼片,PsAP185基因与PsPI72基因定位在花瓣,PsAP353基因可能定位在雄蕊,PsAG69基因可能定位于雌蕊。不同花型牡丹中仅PsPI72基因在重瓣与单瓣型牡丹中表达时间相同。重瓣型牡丹中PsAP150、PsAP185、PsAP353、PsSEP1基因的表达时间与单瓣型牡丹相比,延后一个时期表达。综上所述,本研究中克隆得到的6条基因均属于MADS-box基因家族,蛋白二级结构与性质相似。PsAP150可能参与调控牡丹萼片原基分化,PsAP185基因可能参与调控花瓣原基分化及雄蕊瓣化过程,PsPI72基因可能参与花瓣原基分化,PsAP353基因可能参与雄蕊原基分化,PsSEP1基因可能参与萼片原基分化,PsAG69基因可能参与雌蕊原基分化。此外,PsAP353基因可能参与调控牡丹雄蕊瓣化过程。研究结果为使用分子生物学了解MADS-box基因在牡丹花器官发育过程中的作用提供理论依据,为牡丹花型分子育种及定向改良牡丹新品种奠定了理论基础。