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花瓣彩斑是植物进化、自然选择和人工选择创新的综合结果,在现代花卉业中具有重要意义。瓜叶菊(Senecio cruentus)具有各种花色的花斑品种,是研究斑色形成机制良好材料。课题组前期研究发现了4个在瓜叶菊’小丑’洋红色白斑品种的有色区和无色区差异表达的基因,分别为ScbHLH17、ScbHLH27、ScAG和ScAGL11。本研究在此基础上,通过对这4个候选基因在杂交群体中的表达情况进行检测、在烟草中过量表达、利用VIGS技术在瓜叶菊叶片中验证以及启动子序列分析等手段,探索了这些关键基因的功能,并对其在瓜叶菊花斑形成过程中发挥的作用进行了初步解析,最终得到如下结论:(1)通过对’小丑’洋红色白斑和纯洋红色品种杂交发现,瓜叶菊有斑的性状为显性,其杂交后代性状分离比约为3:1符合孟德尔遗传规律,说明斑色性状的有无可能是由单基因控制。在得到的部分杂交后代中检测基因表达情况发现,,ScAG、ScAGL11和ScbHLH27在亲本和杂交后代中均在无色区(斑部)表达,而ScbHLH17在亲本和杂交后代中均在有色区(非斑部)表达,说明ScAG、ScAGL11、ScbHLH27和ScbHLH17的表达情况与其表型具有相关性;(2)将 ScAG、ScAGL11、ScbHLH27 和 ScbHLH17 导入烟草,获得了转 ScAG基因花色变淡的株系和转ScbHLH17花色变深的株系,确认ScAG具有负调控花青素积累的功能而ScbHLH17具有正向调控花青素积累的功能;(3)为了在本源植物中进一步验证课题组前期获得的候选基因ScAG、ScAGL11、ScbHLH27和ScbHLH17基因的功能,建立了瓜叶菊叶片VIGS体系。发现菌液OD值为1.5,在瓜叶菊两片真叶时期按压注射幼苗叶背,在8℃暗培养3天,随后在湿度为60%的气候箱22℃短日照培养时,瓜叶菊叶片中的基因沉默效率最高。利用瓜叶菊叶片VIGS体系对4个关键基因的功能进行验证,发现在抑制了ScbHLH17基因的表达后,色素积累被抑制且结构基因ScANS、ScDFR3、ScF3H1和ScCHS2表达丰度下降;而抑制ScAG基因的表达后,白色品种瓜叶菊叶背开始积累色素,且结构基因ScANS、ScDFR3、ScF3H1、ScCHS2和ScbHLH17基因的表达量上升,最终确认ScbHLH17是影响花青素积累和花青素相关结构基因表达的关键转录因子,ScbHLH17基因在无色区(斑部)的不表达,直接导致瓜叶菊形成了斑色性状,而ScAG是在无色区(斑部)抑制花青素积累的关键转录因子;(4)为了找到关键基因在斑色品种和纯色品种中差异表达,导致花青素定位积累的原因,分离了花青素代谢正调控因子ScbHLH17和负调控因子ScAG在洋红色白斑和纯洋红色品种中的编码区序列,以及花青素代谢关键结构基因ScANS、关键基因ScbHLH17和ScAG的启动子序列,发现斑色品种和纯色品种的关键基因编码区上并无序列差异,而在洋红色白斑品种中ScAG的启动子上多了一段20bp的TC重复序列。本研究得出的最终结论为瓜叶菊花斑性状形成的直接原因是ScbHLH17基因在无色区(斑部)被抑制,导致结构基因ScANS、ScDFR3、ScF3H1和ScCHS2在无色区(斑部)的表达也大大降低,形成斑色性状。瓜叶菊在无色区表达的MADS-box转录因子ScAG基因可以负向调控花青素的积累。