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分类号:S 6 6 7 2 密级: 福建农林大学硕士学位论文 单位代码:1 0 3 8 9 学号:1 0 7 0 5 0 5 四季蜜龙眼花芽和叶芽c D N A - A F L P 体系建立 及差异基因分析 学科门类: 一级学科名称: 二级学科名称: 研究方向: 研究 生: 指导老师: 论文完成时间: 农学 园艺学 果树学 果树分子生物学 王晓航 陈清西教授 二0 0 年四月 1 。一 D i s c i p l i n e :A g r o n o m y F i r s tR a n k D i s c i p l i n e :H o r t i c u l t u r e S e c o n d a r yR a n kD i s c i p l i n e :P o m o l o g y R e s e a r c hF i e l d :F r u i tM o l e c u l a rB i o l o g y P o s t g r a d u t e :W a n gX i a o h a n g S u p e r v i s o r :P r o f C h e nQ i n g x i S u b m i t t e dT i m e :A p r i l ,2 0 1 0 H o r t i c u l t u r eC o l l e g e F u j i a nA g r i c u l t u r ea n dF o r e s t r yU n i v e r s i t y F u z h o u3 5 0 0 0 2 P R C h i n a 独创性声明 本人声明,所呈交的学位( 毕业) 论文,是本人在指导教师的指导下独立完成 的研究成果,并且是自己撰写的。尽我所知,除了文中作了标注和致谢中已作了答 谢的地方外,论文中不包含其他人发表或撰写过的研究成果。与我一同对本研究做 出贡献的同志,都在论文中作了明确的说明并表示了谢意,如被查有侵犯他人知识 产权的行为,由本人承担应有的责任。 学位( 毕业) 论文作者亲笔签名:易虢忆日期2 矿夕 论文使用授权的说明 本人完全了解福建农林大学有关保留、使用学位( 毕业) 论文的规定,即学校 有权送交论文的复印件,允许论文被查阅和借阅;学校可以公布论文的全部或部分 内容,可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 保密,在年后解密可适用本授权书。 口 不保密,本论文属于不保密。 口 学位( 毕业) 论文作者亲笔签名:丑哪 吼 指导教师亲笔签名: 沙川气 日期:矽,汐易7 , 福建农林大学2 0 1 0 届硕士学位论文 目录 摘要1 A B S T R A C T 3 缩写词5 第一章前言8 1 研究背景8 2 文献综述9 2 1 植物开花转变分子机理的研究进展9 2 1 1 开花转变的定义9 2 1 2 开花转变的几种假说9 2 1 3 成花决定有关基因1 0 2 1 3 1 花分生组织特征基因1 0 2 1 3 2 分生组织相关基因在成花决定中的相互关系ll 2 2 龙眼花芽分化的研究1 2 2 2 1 龙眼的花芽分化形态变化研究1 2 2 2 2 龙眼花芽分化的主要影响因子1 2 2 2 2 1 外界因素对龙眼成花的影响1 2 2 2 2 2 营养条件和激素水平影响龙眼花芽形成l3 2 3 差异表达基因的分离方法。1 3 2 3 1m R N A 差异显示技术1 3 2 3 2c D N A 代表性差异分析1 4 2 3 3 抑制消减杂交。1 4 2 3 4 基因表达系列分析法15 2 3 5c D N A 微列阵1 5 2 4c D N A A F L P 技术在植物差异表达研究中的应用1 6 2 4 1c D N A A F L P 技术的基本原理与试验流程1 6 2 4 2e D N A A F L P 技术阳性率分析1 6 2 4 3c D N A A F L P 技术在植物生理生化变化方面的研究趋势l6 3 本试验的目的与意义一1 7 4 试验技术路线l8 第二章四季蜜龙眼总R N A 提取和c D N A A F L P 体系的建立1 9 1 材料与方法1 9 1 1 试验材料的获得1 9 1 2 主要试剂及仪器l9 1 2 1 主要试剂l9 1 2 2 主要仪器与耗材l9 1 3 试验流程。2 0 1 3 1 龙眼总R N A 获得与纯度检测2 0 1 3 1 1 建立R N A 提取环境2 0 1 3 1 2 总R N A 的提取方法2 0 1 3 1 2 I 改良S D S 法一2 0 1 3 1 2 2 改良C T A B 法21 1 3 1 3R N A 检测一2 2 四季蜜龙眼成花相关基因的差异分析 1 3 1 琼脂糖电泳法检测总R N A 的完整性和纯度、2 2 1 3 2 分光光度计直接检测浓度和纯度2 2 2c D N A 的合成。2 2 2 1R N A 纯化。2 2 2 2 逆转录c D N A 第链2 3 2 3c D N A 第二链的合成2 3 2 4e D N A 双链的纯化。2 4 1 3 2 5 酶切双链c D N A 2 4 I 3 2 6 制备接头2 5 1 3 2 7 接头与酶切产物的连接2 5 1 3 2 8 连接产物f 内预扩增2 6 1 3 2 9 预扩增产物最优稀释倍数的建立2 7 1 3 2 1 0 选择性扩增体系的调整2 7 1 3 2 11 聚丙烯酰胺凝胶电泳试验程序2 8 1 3 2 1 2 银染流程2 9 1 3 3 特异表达基因片段的获得3 0 1 3 3 1 差异片段的回收3 0 1 3 3 2 差异片段的P C R 扩增3 0 1 3 3 3P C R 产物的精制3 0 1 3 3 4 1P C R 产物与T 载体的连接3 0 1 3 3 4 2 制备感受态细胞3 0 1 3 3 4 3 转化及鉴定一3l 2 结果与分析。3 2 2 1R N A 提取体系的建立3 2 2 1 1 不同方法对总R N A 提取效果的影响3 2 2 1 2 改良S D S 法的优化3 2 2 1 3L i C I 沉淀时间对提取R N A 效果的影响3 3 2 2 龙眼花芽和叶芽c D N A 的合成3 3 2 2 1 总R N A 的纯化3 3 2 2 2 双链c D N A 的合成3 4 2 3c D N A - A F L P 技术体系的优化3 5 2 3 1 双酶切的最优酶用量一3 5 2 3 2 预扩增产物稀释倍数的选择3 5 2 3 3 选择性扩增参数的优化一3 6 2 3 3 1M 9 2 + 浓度的确定3 6 2 3 3 2d N T P 浓度的确定一3 7 2 4 特异基因片段的第二次扩增3 8 2 4 1 差异片段的选择3 8 2 4 2 差异条带的P C R 扩增3 8 2 5 特异片段序列对比数据库3 9 2 6 特异片段序列同源性分析与统计结果一3 9 3t 寸论4 3 3 1 植物组织总R N A 的提取4 3 3 2c D N A A F L P 分析技术的优化4 4 I I 福建农林大学2 0 1 0 届硕士学位论文 3 2 1 选择性扩增注意事项4 4 3 2 2 变性聚丙烯酰胺凝胶电泳常见问题4 4 3 3 分离差异片段代表的生物学意义4 5 第三章利用R T - P C R 技术分离S A M 3 端序歹l I 4 6 l 材料与方法4 6 1 1 植物材料4 6 1 2 所用仪器与设备4 6 1 3 试剂4 6 1 4 试验耗材与用具4 7 1 5 设计引物的合成及菌液的测序4 7 2 花芽总R N A 的提取及纯化4 7 2 1 花芽总R N A 的提取4 7 2 2 花芽总R N A 的纯化4 7 2 3 花芽R N A 含量及浓度测定4 7 2 4 3 R A C E R e a d yc D N A 的合成4 7 2 5S A M 基因37 端获得程序4 8 2 6 目的片段的P C R 产物回收4 9 2 7 目的片段与p M D I8 - T 载体连接、转化及鉴定4 9 3 结果和分析4 9 3 1 龙眼S A M 基因c D N A3 ,端的获得4 9 4 讨论5 0 参考文献:。5 2 I l I 福建农林大学2 0 1 0 届硕士学位论文 摘要 龙眼( D i m o c a r p u sl o n g a nL o u r ) ,属于无患子科( S a p i n d a e e a e ) 龙眼属, 是我国较重要而有特色的一种亚热带木本果树,也是福建省主要种植的果树之 一。 本研究以四季蜜龙眼花芽及叶芽为材料,运用e D N A A F L P 技术,分离 龙眼成花相关基因片段,通过克隆测序,B L A S T 分析,获得了3 个可能与龙眼 成花相关的基因片段,还有待进一步克隆其基因全长,需要对时空表达情况展开 研究,这将有利于揭示龙眼花芽形成过程中相关基因的作用机理。主要试验结果 如下: 1 建立了适合四季蜜龙眼花芽总R N A 提取的技术体系 本研究针对龙眼组织富含多糖、单宁、色素及酚类物质的特点,采用改良的 S D S 法和C T A B 法进行龙眼花芽和叶芽总R N A 的提取与纯化研究。结果表明, 改良S D S 法更适用于总R N A 的提取,提取的R N A 具有2 8 s 、1 8 s 两条清晰、完 整的条带,且无降解发生;说明改良S D S 法提取的总R N A 具有较高的纯度,可 以满足后续分子生物学研究的要求。研究确定了四季蜜龙眼花芽、叶芽总 R N A 提取的技术体系:每1 0 0g 四季蜜龙眼花芽或叶芽加入5 5m L 提取缓 冲液,沉淀时间由3h 调整到1 0h ,可以得到高质量的R N A 。 2 优化了c D N A A F L P 反应体系,分离四季蜜龙眼成花过程的差异基因 对e D N A A F L P 反应体系的关键因素进行探索,建立了重复性好的 e D N A A F L P 分析体系。结果表明,E c o R I 和M s e I 的组合在4 0uL 体系中各取 0 9l aL 可将d s e D N A 酶切完全,与相应接头连接过夜后产物直接用于预扩增。 在2 5uLP C R 反应体系中,预扩增产物稀释1 2 0 0 倍,M g + 浓度1 6m m o l L ,d N T P 浓度O 2m m o l L ,选扩的效果最佳。 将测序效果好的3 2 个T D F s 序列在G e n B a n k 数据库中进行b l a s t n 、b l a s t x 比 对,结果如下:差异片段上调表达2 8 个,下调表达4 个,2 7 个特意基因序列 在数据库中搜索到相似性较高,有5 个序列没有搜索到结果,推测为未知基因。 分析显示2 7 个T D F s 中3 个T D F s 推测与四季蜜龙眼成花相关,分别是引物 组合E 7 M 7 扩增到的S 腺苷甲硫氨酸合成酶基因,引物组合E 7 M 4 扩增到得细 胞色素P 4 5 0 基因,引物组合M 7 E 6 扩增到的黄烷酮3 羟化酶基因。 四季蜜龙眼成花相关基因的差异分析 3 应用R T - P C R 技术分离S A M 基因3 端序列 选取3 个T D F s 中一个可能与四季蜜龙眼花芽形成相关基因片段S A M , 设计引物,应用R T - P C R 技术扩增其3 端序列,测序和拼接,获得S A M 3 末端, 共1 2 5 3 b p ,与杨树S A M 基因同源性达到9 6 。 关键词:四季蜜龙眼( D i m o c a r p u sl o n g a nL o u r C VS i j i m i ) ;成花相关基因; 差异基因;c D N A A F L P 2 福建农林大学2 0 1 0 届硕士学位论文 A B S T R A C T L o n g a n ( D i m o c a r p u sl o n g a nL o u r ) i sa m e m b e ro ft h ef a m i l yS a p i n d a c e a e ,w h i c h i sa ni m p o r t a n ta n dd i s t i n c t i v es u b t r o p i c a lo r c h a r d f r u i ti nC h i n aa n da d d i t i o n a l l yt h e m a i n l yr a i s e df r u i tt r e ei nF u j i a nP r o v i n c e T h i sr e s e a r c h , u s i n gf l o w e rb u da n dl e a fb u da n dt h et e c h n i q u eo fe D N A A F L P , s e p a r a t e sg e n es e g m e n tw h i c hi sr e l a t e dt of l o w e r i n go fD i m o c a r p u sl o n g a nL o u r C V S i ji m i T h r o u g hc l o n es e q u e n c i n ga n dB L A S Ta n a l y s i s ,t h r e eg e n es e g m e n t sp o s s i b l y r e l e v a n tt oL o n g a nf l o w e r i n gw e r eo b t a i n e d I tw a ss t i l lo n es u b j e c tt oc l o n et h ef u l l l e n g t ho ft h eg e n ea n de x t e n tt h er e s e a r c ht os i t e - - a n dt i m e - e x p r e s s i o nw h i c hw a s h e l p f u lt od i s c l o s et h em e c h a n i s mo fr e l e v a n tg e n ei nt h ep r o c e s so fL o n g a nf l o w e r i n g T h em a i ne x p e r i m e n tr e s u l t sw e r ea sf o l l w e s : 1E s t a b l i s h i n gt h ei s o l a t e dt e c h n o l o g ys y s t e ma d a p t a b l ef o rt o t a lR N Ao fL o n g a n ( D i m o c a r p u sl o n g a nL o u r C VS i j i m i ) f l o w e rb u d a n dl e a fb u d A c c o r d i n gt o t h ec h a r a c t e r i s t i co ft h et i s s u eo fL o n g a n b e i n gr i c h i n p o l y s a c c h a r i d e ,t a n n i n s ,p i g m e n t sa n dp h e n o l s ,u t i l i z i n gi m p r o v e dS D Sa p p r o a c ha n d C T A Ba p p r o a c h ,e x t r a c t i o na n dp u r i f i c a t i o no ft h eR N Ao ff l o w e rb u da n dl e a fb u do f L o n g a nw e r ec o n d u c t e di nt h i ss t u d y T h er e s u l t ss u g g e s t e dt h a tt h ei m p r o v e dS D S a p p r o a c hc o u l db eu s e dt oe x t r a c tR N A a n dt h ee x t r a c t e dR N Ah a dt w ol i n e so f2 8 a n d18 sc l e a r l ya n dc o m p l e t e l yw i t h o u td e g r a d a t i o n ,w h i c hm e a n e dt h a tt h eR N A e x t r a c t e db yi m p r o v e dS D S a p p r o a c hh a dh i g h e rp u r i t ya n ds a t i s f i e dt h er e q u i r e m e n t s o fs u c c e s s i v em o l e c u l a rb i o l o g yr e s e a r c h T h ei s o l a t e dt e c h n o l o g ys y s t e ma d a p t a b l e f o rt o t a lR N Ai nD i m o c a r p u sl o n g a nL o u r C VS i ji m if l o r a la n dl e a fb u de s t a b l i s h e di n t h i ss t u d yw a st h a t :1 0 0gf l o w e rb u do rl e a fb u do fD i m o c a r p u sl o n g a nL o u r C V S i j i m iw i t h5 5 m Le x t r a c t i o nb u f f e rs o l u t i o na n de x t e n d i n gt h es e t t l i n gt i m ef r o m3h t o10hc o u l dr e s u l ti nh i g hq u a l i t yR N A 2O p t i m i z i n gt h er e a c t i o ns y s t e mo fc D N A - 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r e l a t e dG e n e s ; D i f f e r e n t i a lG e n e :e D N A A F L P 4 福建农林大学2 0 1 0 届硕士学位论文 缩写词 缩写词英文全称 中文全称称 AA d e n i n e 腺嘌呤 A P SA m m o n i u mp e r s u l f a t e过硫酸铵 A m pA m p i c i l l i n氨卡青霉素 A c r A c r y l a m i d e 丙烯酰胺 A F L P A m p l i f i e df r a g m e n tl e n g t hp o l y m o r p h i s m 扩增片段长度多态性 A T P A d e n o s i n e - t r i p h o s p h a t e 腺苷三磷酸 B S AB o v i n es e r u ma l b u m i n 牛血清白蛋白 B i s N ,N 一m e t h y l e n e b i sa c r y l a m i d e N ,N - 甲叉双丙烯酰胺 b p b a s ep a i r 碱基对 B L A S TB a s i cL o c a lA l i g n m e n t 局部相似性基本查询工 S e a r c hT o o l 具 C C y t o s i n e胞嘧啶 C T A B C e t y r i m e t h y la m m o n i u mb r o m i d e十六烷基三甲基溴化铵 e D N A C o m p l e m e n t a r yD N A 互补D N A c D N A - A F L P e D N A a m p l i c a t i o nf r a g m e n te D N A - 扩增片段长度多 l e n g t hp o l y m o r p h i s m 态性 D E P C D i e t h y lP y r o c a r b o n a t e焦炭酸二乙酯 d d H 2 0 D o u b l ed i s t i l l e dw a t e r 双蒸水 D N a s e D e o x y r i b o n u c l e a s e 脱氧核糖核酸酶 D N A D e o x y n u c l e o s i d et r i p h o s p h a t e脱氧核糖核酸 d N T P D e o x y m o n u c l e o s i d et r i p H o s p H a t e脱氧核苷三磷酸 E BE t h d i u mb r o m i d e 溴化乙啶 E D T A E t h y l e n e d i a m i n e t e r t r a c e t i ca c i d 乙二胺四乙酸二钠盐 乃日f l a v a n o n e3 - h y d r o x y l a s e 黄烷酮3 羟化酶基因 G G u a n i n e 鸟嘌呤 5 四季蜜龙眼成花相关基因的差异分析 g G A s G i b b e r e l l i n h H o u r I P T G I s o p r o p y l - B - D t h i o g a l a c t o s i d e L B L u r i a B e r t a n im e d i a m 剐N A m l n O l i g o ( d T ) O D P A G E P C R P o l y A P V P P R A C E R N a s e R N A r p m R r r P C R S D S S S A M T r i s T a q T 嘶S T E T B E M e s s e n g e rR N A m i n u t e O p t i a c a ld e n s i t y P o l y a c r y l a m i d eg e le l e c t r o p h o r e s i s P o l y m e r a s ec h a i nr e a c t i o n P o l y a d e n y l a t e p o l y v i n y l p o l y p y r r o l i d o n e R a p i d a m p l i f i c a t i o no fc D N A e n d s R i b o n u c l e a s e R i b o n u c l e i ca c i d R e v o l u t i o n sp e rm i n u t e R e v e r s eT r a n s c r i p t a s eP C R S o d i u md o d e c y ls u l f a t e S e c o n d S - a d e n o s y l L - m e t h i o n i n es y n t h e t a s e T r i h y d r o x y m e t h y la m i n o m e t h a n e T h e r m u sa q u a t i c u sD N Ap o l y m e r a s e T h y m i n e T r i - h y d r o x y m e t h y la m i n o m e t h a n e T r i s b a s eE D l Ab u 毹r T r i s b a s eH 3 8 0 3E D T Ab u f f e r 6 重力加速度 赤霉素 小时 异丙基硫代p D - 半乳糖 苷酶 L B 培养基 信使R N A 分钟 脱氧胸腺苷酸寡聚体 光密度值 聚丙烯酰胺凝胶电泳 聚合酶链式反应 多聚腺苷酸 聚乙烯聚吡咯烷铜 c D N A 末端快速扩增 核糖核酸酶 核糖核酸 每分钟转速 反转绿P C R 十二烷基苯磺酸钠 秒 S 腺苷甲硫氨酸合成酶 三羟基氨基甲烷 嗜热水生菌D N A 聚合 酶 胸腺嘧啶 三羟基氨基甲烷 缓冲液 缓冲液 7 四季蜜龙眼成花相关基因的差异分析 第一章前言 1 研究背景 龙眼( D i m o c a r p u sz D n g a nt o u r ) ,无患子科( S a p i n d a c e a e ) 龙眼属,俗称 “桂圆 ,是我国南亚热带名贵特产,历史上南方“桂圆北“人参”之称,是 福建省主要果树之一。2 0 0 8 年全省种植面积近1l O 万亩,产量约2 5 万t 1 1 】。但是龙 眼单产低、果实成熟期集中、花芽形成和开花易受外界条件的影响( 冬季高温导 致冬梢大量抽生、春季雨水多导致授粉受精不良以及异常高温导致冲梢) 、大小 年结果等是目前龙眼生产上普遍存在的问趔2 1 ,直接影响龙眼种植的经济效益。 因此,研究龙眼成花分子机理,调控龙眼开花以调节采收期、延长鲜果市场供应, 已成为龙眼科研中急需解决的课题。 成花机理的研究一直以来是果树生殖生理和分子生物学研究的一个重点和 难点。龙眼的童期较长,大多数品种需要在低温条件下才能成花,而且每年只开 花结果1 次【3 1 ,这些因素都限制了利用分子生物学技术开展对龙眼成花机理及花 期调控的研究。四季蜜龙眼成花不受温度的影响,为龙眼成花机理研究提供 了一个很有价值的研究材料。有关研究表明L I F Y 基因在四季蜜龙眼嫁接后 新梢中有微弱表达,说I t 强L I F Y 基因与龙眼花序分化及发育有关【4 】,但是否是成花 决定基因尚未见报道。四季蜜由于其独特的成花特性决定了其成花机理与普 通品种的差异,分析和克隆其成花相关基因,研究其特异表达机制,对于进一步 明了龙眼的成花机理,为调控龙眼开花具有重要的理论意义和应用价值。 本研究以四季蜜龙眼花芽和叶芽为材料,采用c D N A A F L P 技术分析成 花的差异表达基因。目前,该技术己广泛应用于马铃薯【5 ,6 】、菊黄7 1 、玉米【8 1 、黄 豆【9 1 、小麦 1 0 , 1 1 , 12 1 、草菇【1 3 】、棉花【1 4 】、水稻【1 5 】、白梨1 6 , 1 7 1 和甘蓝【1 8 1 等作物的差异 表达研究。本试验应用该技术从m R N A 表达方面研究四季蜜龙眼基因表达的 差异,旨在建立适合于龙眼c D N A 研究的c D N A A F L P 体系,进一步寻找成花特异 基因的目的片断并进行克隆测序。为进一步揭示龙眼成花的分子机制,开展龙眼 花期调控提供理论依据。 福建农林大学2 0 1 0 届硕士学位论文 2 文献综述 2 1 植物开花转变分子机理的研究进展 2 1 1 开花转变的定义 植物的开花转变是在内外界信号的调控之下进行的,一些物种的开花主要是 在包括光、低温、以及营养和水分供给状况等环境因子的影响下,传递有利于繁 殖和种子的信息【1 9 】。另一些物种对环境因子不敏感,开花受内源信号控制,它们 必须达到一定年龄和大小才能开花【2 0 1 。 植物的花器官有4 轮结构,包括花萼、花瓣、雄蕊和心皮。聂婷等人【2 1 】认为 花发育过程分三个阶段:( 1 ) 植物由内外界信号诱导,花序分生组织形成,使营 养生长转变成生殖生长;( 2 ) 花序分生组织接受信号转变为花分生组织,经信号 的逐级放大后形成花器官原基;( 3 ) 花器官原基最终发育成为成熟的花器官。 2 1 2 开花转变的几种假说 多年来,在植物生理方面的研究形成了开花时间控制的3 个模式【2 2 1 : ( 1 ) 成花素学说认为,控制开花的物质开花素在适宜的光周期条件下在 叶中产生,通过韧皮部传递到顶端分生组织,促进茎端开花。该假说基于通过嫁 接可以实现物质或信号从生殖状态的供体枝条向营养状态受体枝条传递。科学家 们花了很多年时间去寻找成花素,其化学性质至今仍然不清楚。 ( 2 ) 营养物质转移学说。由于不能从同化物中分离到假设的成花素,导致了 营养物质转移学说的产生。该学说认为,适宜的诱导处理导致向顶端分生组织转 移的同化物增加,从而诱导开花。 ( 3 ) 多因子控制模式。该学说抛弃了在成花转变过程中同化物是唯一起重要 作用的成分的观点。这一模式认为,许多开花促进物和抑制物,包括植物激素和 代谢产物,都参与了发育阶段转变的控制【2 3 】。 根据这一模式,只有限制因子与抑制因子在适宜时间达到适当浓度时开花才 会发生。这一模式指出在不同的遗传背景或在特定的环境条件下,开花的限制因 子是不同的,并试图以此来解释开花反应的多样性。在这多因子控制模式假说下, 各国的科学家已经初步建立了花发育的精细基因调控网络。 9 四季蜜龙眼成花相关基因的差异分析 2 1 3 成花决定有关基因 2 1 3 1 花分生组织特征基因 随着植物分子生物学技术的发展和模式植物的建立,大量的试验事实已经证 实分生组织基因决定着花发育的方向、例如A P l 、L E Y 、C A L 、彳凹、刘2 4 】等基 因与开花促进关系密切;另外具维持茎分生组织特征基因,有弘己J 、T F L 2 和 C L F 、F L C 基因等跚有保持植物营养生长,抑制植物开花转变的作用。 三仃、A P l 和C A L 等属于赋予分生组织开花特征的基因。转基因发现刀 编码一个发育的启动程序,并且其过量表达对花的结构无影响,但三刀基因的 大量表达足以使所

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