SlCycB2基因：解锁植物表皮毛与花器发育奥秘

SICycB2基因：解锁植物表皮毛与花器

发育奥秘

一、引言

1.1研究背景与目的

植物的生长发育是一个复杂而有序的过程，受到众多基因和信号通路的精细调控。在植物的整

个生命周期中，从种子萌发、幼苗生长，到营养生长和生殖生长的转换，每一个阶段都涉及到

细胞的分裂、分化和扩展，这些过程对于植物的生存、繁殖和适应环境至关重要。深入研究植

物发育机制，不仅有助于我们理解植物生命活动的基本规律，还为农业生产、作物改良以及生

态保护等提供了重要的理论基础。

表皮毛作为植物表皮细胞分化形成的一种特殊结构，广泛存在于各种植物器官的表面。它具有

多种重要功能，在抵御生物逆境方面，表皮毛可以通过物理阻挡、化学防御等方式，保护植物

免受昆虫取食、病原体侵染。例如，一些植物的表皮毛能够分泌有毒物质，使昆虫拒食或中毒

死亡；在抵御非生物逆境方面，表皮毛可以减少植物表面的水分散失，降低温度波动对植物的

影响，增强植物对干旱、高温等逆境的耐受性。此外，表皮毛还参与植物的光合作用、气体交

换等生理过程，对植物的生长发育具有重要影响。根据细胞组成，表皮毛可分为单细胞表皮毛

和多细胞表皮毛；根据是否具有分泌功能，又可分为腺体表皮毛和非腺体表皮毛。不同类型的

表皮毛在形态、结构和功能上存在差异，其形成和发育受到不同基因和调控网络的控制。对表

皮毛发育机制的研究，不仅有助于揭示植物细胞分化和形态发生的奥秘，还为通过遗传改良提

高植物抗性提供了可能。

花器发育是植物生殖生长的关键阶段，直接关系到植物的繁殖和物种延续。花的形态建成包括

花器官的分化、发育和成熟，涉及到一系列复杂的生物学过程，如细胞分裂、分化、极性建立

和器官形成等。这些过程受到众多基因的精确调控，形成了一个复杂的调控网络。例如，经典

的ABC模型揭示了花器官发育的基本规律,不同类型的基因在花器官的不同部位表达，决定

了花器官的特征和形态。然而，随着研究的深入，发现实际的花器发育调控机制远比ABC模

型复杂，还涉及到许多其他基因和信号通路的参与。对花器发育机制的研究，不仅有助于我们

理解植物生殖生物学的基本原理，还为花卉育种、作物杂交制种等提供了重要的理论依据C

SICycB2基因作为植物细胞周期调控网络中的重要成员，属于B型细胞周期蛋白基因家族。

细胞周期蛋白在细胞周期的调控中起着关键作用，它们与周期蛋白依赖性激酶（CDK）结合

形成复合物，激活CDK的激酶活性，从而推动细胞周期的进程。B型细胞周期蛋白主要在细

胞周期的G2期到M期发挥作用，调控细胞从G2期向M期的转换，对细胞分裂的启动和进

行具有重要影响。已有研究表明，SICycB2基因在植物的生长发育过程中具有重要功能，参

与了多种生理过程的调控。在番茄中，SICycB2基因的表达受到抑制后，多细胞非分泌型腺

毛（DI型和V型）明显增多，而分泌型腺毛（I型）消失，说明该基因对番茄表皮毛的形成

和发育具有重要调控作用；在花器发育方面，SICycB2基因的过表达可导致花器官异常、不

育，表明该基因在花器发育过程中也起着关键作用。然而，目前对于SICycB2基因调控植物

多细胞表皮毛形成和花器发育的具体分子机制尚不清楚，仍存在许多有待解决的问题。

本研究旨在深入探究SICycB2调控植物多细胞表皮毛形成和花器发育的机制。通过生物信息

学分析、基因表达分析、遗传转化、细胞生物学和分子生物学等多种技术手段，系统研究

SICycB2基因在植物发育过程中的功能和作用机制。具体而言，将分析SICycB2基因在不同

植物组织和发育阶段的表达模式，研究其与其他相关基因的相互作用关系，揭示其在调控多细

胞表皮毛形成和花器发育过程中的信号通路和分子机制。本研究的结果将有助于我们深入理解

植物发育的分子调控机制，为通过基因工程手段改良植物性状、提高作物产量和品质提供理论

基础和技术支持。

1-2研究现状

在植物表皮毛的研究中，关于其功能和形成机制已取得了一定进展。表皮毛作为植物与外界环

境接触的第一道防线，在抵御生物和非生物逆境方面发挥着重要作用。在抵御生物逆境方面，

它能够通过物理屏障阻碍昆虫的取食，一些表皮毛还能分泌有毒物质，对昆虫产生威慑或致死

作用，从而减少病虫害的侵袭；在非生物逆境抵御中，表皮毛可以降低植物表面的水分蒸发

速率，提高植物在干旱环境中的水分保持能力，还能在一定程度上调节植物表面的温度，减轻

高温或低温对植物的伤害。

在表皮毛形成机制的研究中，单细胞表皮毛的形成机制在拟南芥中研究较为深入。相关研究表

明，多个基因参与了拟南芥单细胞表皮毛的起始、分化和伸长过程。如GL1、GL3、TTG1等

基因形成的蛋白复合体，能够激活下游基因的表达，从而促进表皮毛的起始；而ETC1、

ETC2等基因则对表皮毛的密度进行调控，防止表皮毛过度生长。然而，多细胞表皮毛的调控

机制更为复杂，不同植物的多细胞表皮毛调控机制存在差异。以番茄为例，已发现多个基因参

与其多细胞表皮毛的调控，其中Ln基因编码一个HD-zipIV的转录因子，定位于细胞核，

在表皮毛中特异表达，能够影响番茄I、川和V型表皮毛的数量。研究还发现Ln分别与

Wo、H互作，通过激活H、SICycB2和SICycB3的启动子区域，调控番茄多细胞表皮毛的形

成。此外，Hair基因编码一个C2H2锌指蛋白，超量表达该基因会导致表皮毛显著增加，抑

制该基因的表达会使I型腺体毛缺失。在烟草中，NtCycB2基因对腺毛的发生具有一定负向

调控作用，过表达及异源表达均出现腺毛密度明显减少的现象。尽管在多细胞表皮毛调控机制

研究方面取得了这些成果，但仍有许多未知之处，如不同基因之间的相互作用网络、环境因素

如何影响这些基因的表达和功能等，都有待进一步深入研究。

细胞周期蛋白与表皮毛发育的关系逐渐受到关注。植物B型细胞周期蛋白参与细胞分裂过程

中从G2向M期的转换，在植物生长发育过程中起重要作用，其在表皮毛发育中的功能也逐

渐被揭示。拟南芥CycB1;2基因在腺毛中的特异表达，可使单细胞腺毛转变为丛生多细胞型

腺毛；番茄SICycB2基因表达受到抑制后，多细胞非分泌型腺毛（m型和V型）明显增多，

而分泌型腺毛（I型）消失。这些研究表明B型细胞周期蛋白对表皮毛的形成和发育具有重

要调控作用，但具体的调控机制，如B型细胞周期蛋白如何与其他基因协同作用，以及其在

不同植物中的调控机制是否保守等问题，仍需要进一步探索。

在植物花发育的研究中，经典的ABC模型为花器官发育的研究奠定了基础。该模型认为，A

类基因单独作用决定萼片的发育，A类和B类基因共同作用决定花瓣的发育，B类和C类基

因共同作用决定雄蕊的发育，C类基因单独作用决定心皮的发育。随着研究的深入，发现花发

育的调控机制远比ABC模型复杂，涉及到更多的基因和信号通路。如SEP基因家族被称

为花器官发育的“第四轮基因"，它与A、B、C类基因相互作用，共同调控花器官的发育。此

外，还有许多其他基因，如AGL6、AGL15等，也参与了花发育的调控过程，但它们之间的

具体调控关系和作用机制尚未完全明确。在番茄中，SICycB2基因的过表达可导致花器官异

常、不育，说明该基因在花器发育过程中起着关键作用，但SICycB2基因如何参与花发育的

调控网络，以及它与其他花发育相关基因之间的相互作用关系，仍有待进一步研究。

1-3研究意义

本研究对SICycB2调控植物多细胞表皮毛形成和花器发育机制的探索，在理论和实践方面都

具有重要意义。

在理论层面，本研究有助于深入理解植物细胞分化和形态建成的分子机制。多细胞表皮毛和花

器的发育是植物生长发育过程中的重要事件，涉及到复杂的细胞生物学过程和基因调控网络。

通过研究SICycB2基因在这些过程中的作用，能够揭示细胞周期调控与细胞分化、形态建成

之间的内在联系，为植物发育生物学的研究提供新的理论依据，进一步丰富植物发育的分子调

控理论。同时，研究不同基因之间的相互作用关系以及信号通路的传导机制，有助于完善植物

发育的调控模型，使我们对植物生长发育的本质有更深入的认识。

从实践角度来看，本研究成果对农业生产和植物育种具有重要的指导意义。在农业生产中，表

皮毛作为植物抵御生物和非生物逆境的重要结构，其发育状况直接影响植物的抗性和适应性。

深入了解SICycB2基因对多细胞表皮毛形成的调控机制，有助于通过基因工程手段，有针对

性地改良植物表皮毛的性状，增强植物对病虫害、干旱、高温等逆境的抵抗能力，戒少农药和

化肥的使用，降低农业生产成本，提高农作物的产量和品质，实现农业的可持续发展。例如，

对于烟草等经济作物，提高腺毛密度可以增加其对崂虫等害虫的趋避作用，减少病虫害对烟叶

的损害，从而提高烟叶的产量和质量。在花卉育种方面，花器发育的好坏直接影响花卉的观

赏价值和经济价值。明确SICycB2基因在花器发育中的作用机制，能够为花卉品种的改良提

供理论支持，通过调控该基因的表达，可以培育出花型更大、花色更鲜艳、花期更长的花卉品

种，满足人们对高品质花卉的需求，推动花卉产业的发展。此外，本研究还可以为其他植物性

状的遗传改良提供借鉴，促进植物生物技术的发展和应用。

二、植物多细胞表皮毛与花器发育的理论基础

2.1植物多细胞表皮毛发育

2.1.1表皮毛的结构与功能

表皮毛是植物表皮细胞分化形成的一种特化结构，广泛存在于植物的茎、叶、花、果实等器官

表面。多细胞表皮毛由多个细胞组成，其结构较为复杂，通常包括基部、柄部和头部等部

分。基部细胞与植物表皮相连，起到固定表皮毛的作用；柄部细胞一般细长，支撑着头部；

头部细胞形态多样，有些表皮毛的头部具有分泌功能，能够分泌次生代谢产物，如生物碱、菇

类化合物等，这些分泌物具有多种生物学功能。

在抵御生物胁迫方面，多细胞表皮毛能作为物理屏障，阻碍昆虫的取食和病原体的侵染。例

如，较长且密集的表皮毛可以使昆虫难以在植物表面爬行和取食，增加昆虫的取食难度和能量

消耗，从而减少昆虫对植物的伤害。一些植物的表皮毛还能分泌有毒物质，如烟草的表皮毛

能分泌尼古丁等生物碱，对昆虫具有毒性，可使昆虫拒食或中毒死亡，有效抵御昆虫的侵

害。在抵御病原体侵染方面，表皮毛可以阻止病原体与植物表皮细胞的直接接触，降低病原

体侵入植物体内的机会，同时，表皮毛分泌的一些物质可能具有抗菌、抗病毒等活性，能够抑

制病原体的生长和繁殖。

在抵御非生物胁迫方面，多细胞表皮毛可以减少植物表面的水分散失。表皮毛的存在增加了植

物表面的粗糙度，使空气在植物表面形成边界层，降低了水分蒸发的速率，有助于植物在干旱

环境中保持水分，提高植物的抗旱能力。此外，表皮毛还能调节植物表面的温度，在高温环

境下，表皮毛可以反射部分阳光，减少植物对热量的吸收，降低植物表面的温度，减轻高温对

植物的伤害；在低温环境下，表皮毛可以起到一定的保温作用，减少热量的散失，保护植物免

受低温冻害。

2.1.2发育过程与关键阶段

植物多细胞表皮毛的发育是一个复杂而有序的过程，从表皮细胞分化开始，经历多个阶段最终

形成成熟的表皮毛。首先，表皮细胞经过不均等分裂，产生一个较小的细胞和一个较大的细

胞，较小的细胞即为表皮毛的起始细胞，这是表皮毛发育的起始阶段，该阶段决定了表皮毛在

植物表皮上的分布位置。

起始细胞形成后，进入细胞分裂阶段。起始细胞会进行多次分裂，形成多细胞的表皮毛原基。

在这个过程中,细胞分裂的方向和次数对表皮毛的形态和结构具有重要影响。例如.番茄表皮

毛细胞的分裂主要发生在表皮毛的最顶端细胞中，使表皮毛不断伸长。不同植物的表皮毛细

胞分裂方式和次数存在差异，导致表皮毛的形态多种多样。

随着细胞分裂的进行，表皮毛原基逐渐发育，细胞开始分化，形成不同功能的细胞区域，如基

部、柄部和头部细胞，这一阶段是表皮毛形态建成的关键时期。在番茄多细胞表皮毛发育中，

分裂后靠近基部的表皮毛细胞不再进行分裂活动，转而进行细胞核内复制，细胞发生膨大。

同时，一些表皮毛细胞开始合成和积累次生代谢产物，如具有分泌功能的表皮毛细胞在头部区

域合成并储存生物碱、菇类化合物等，为表皮毛发挥功能奠定基础。

最后，表皮毛经过进一步的生长和成熟，形成具有特定形态和功能的成熟表皮毛。成熟的表皮

毛在结构和功能上都达到稳定状态，能够有效地发挥其抵御生物和非生物胁迫等作用C在整个

发育过程中，每个阶段都受到严格的调控，任何一个环节的异常都可能导致表皮毛发育异常，

影响其功能的发挥。

2.1.3调控机制概述

植物多细胞表皮毛的发育受到遗传、激素和环境等多种因素的综合调控。在遗传因素方面，众

多基因参与了表皮毛发育的调控过程。以番茄为例，Ln基因编码一个HD-zipIV的转录因

子，定位于细胞核，在表皮毛中特异表达，能够影响番流I、III和V型表皮毛的数量。研究

发现Ln分别与Wo、H互作，通过激活H、SICycB2和SICycB3的启动子区域，调控番茄多

细胞表皮毛的形成。此外，Hair基因编码一个C2H2锌指蛋白，超量表达该基因会导致表皮

毛显著增加，抑制该基因的表达会使I型腺体毛缺失。这些基因之间相互作用，形成复杂的

调控网络，共同控制表皮毛的起始、分化和形态建成。

激素在表皮毛发育中也起着重要的调节作用。生长素、细胞分裂素、赤霉素等激素参与了表皮

毛发育的调控过程。生长素可以促进细胞的伸长和分裂，在表皮毛发育的起始和细胞分裂阶段

可能发挥重要作用；细胞分裂素主要促进细胞分裂，对表皮毛原基的形成和细胞分裂次数的调

控具有重要影响。研究表明，在烟草中，细胞分裂素能够促进表皮毛的起始和发育，通过调

节细胞分裂素的含量和信号通路，可以改变表皮毛的密度和形态。赤霉素则可能参与调控表

皮毛的伸长和成熟过程，影响表皮毛的最终形态和功能。

环境因素对植物多细胞表皮毛的发育也有显著影响。光照、温度、水分和营养等环境条件的变

化都可能影响表皮毛的发育。光照作为重要的环境信号，能够影响表皮毛发育相关基因的表

达，进而影响表皮毛的形成和发育。研究发现，拟南芥在不同光照条件下，表皮毛的密度和

形态会发生变化，长日照条件下表皮毛密度增加，短日照条件下表皮毛密度降低。温度对表

皮毛发育也有影响，适宜的温度有利于表皮毛的正常发育，过高或过低的温度可能导致表皮毛

发育异常。此外，水分和营养状况也会影响表皮毛的发育，干旱胁迫可能导致表皮毛密度增

加，以增强植物的抗旱能力；营养元素的缺乏或过量也可能影响表皮毛的发育，如氮素供应不

足可能导致表皮毛数量减少。

2.2植物花器发育

2.2.1花器的结构与功能

花器是植物进行有性生殖的重要器官，其结构较为复杂，主要包括花萼、花冠、雄蕊和雌蕊。

花萼位于花的最外层，通常由多个萼片组成，一般呈绿色，形态多样，如杯状、钟状、管状

等。花萼在花发育的早期阶段起着重要的保护作用，能够保护内部的花芽免受外界环境的伤

害，如防止机械损伤、抵御病虫害的侵袭等。在一些植物中，花萼还具有吸引传粉者的功

能，例如某些植物的花萼色彩鲜艳，能够吸引昆虫等传粉者前来访问，促进传粉过程的进

行。

花冠位于花萼内侧，由花瓣组成，是花中最为显眼的部分。花瓣的形状、颜色和排列方式因植

物种类而异，具有极高的多样性，有的呈片状、有的呈丝状、有的呈管状等。花冠的主要功

能是吸引传粉者，其鲜艳的颜色、独特的形状和迷人的气味能够吸引蜜蜂、蝴蝶、鸟类等传粉

者，这些传粉者在访问花朵的过程中，会将花粉从一朵花传播到另一朵花上，实现异花传粉，

促进植物的繁殖。此外，花冠还能在一定程度上保护花苗，为雄蕊和雌蕊提供相对稳定的内

部环境。

雄蕊是花的雄性生殖器官，由花丝和花药组成。花丝是细长的结构，起到支持花药的作用，

使花约能够在合适的位置暴露，便于花粉的传播。花约则是产生花粉的部位，通常呈囊状，

内部含有大量的花粉粒。花粉是雄性生殖细胞的载体，当花药成熟时，会裂开释放出花粉，

花粉通过风、昆虫、水等媒介传播到雌蕊的柱头上，完成授粉过程，进而实现受精作用。

雌蕊是花的雌性生殖器官，由柱头、花柱和子房组成。柱头位于雌蕊的顶端，是接受花粉的

部位，通常具有黏性，能够黏住花粉，为花粉的萌发提供条件o花柱是连接柱头和子房的细

长结构，是花粉管进入子房的通道。花粉落在柱头上后，会萌发形成花粉管，花粉管沿着花

柱向下生长，最终到达子房。子房是雌蕊的主要部分，内部含有胚珠，胚珠是雌性生殖细胞

所在的位置,受精后，胚珠发育成种子，子房发育成果实，果实能够保护种子，并有助于种

子的传播。

2.2.2发育过程与关键阶段

植物花器的发育是一个从花芽分化开始，历经多个阶段最终形成成熟花器官的复杂过程。花芽

分化是花器发育的起始阶段，也是一个至关重要的转变过程，标志着植物从营养生长向生殖生

长的转换。在这个阶段，植物茎尖的分生组织发生一系列的生理和形态变化，逐渐分化出花

原基。花芽分化受到多种因素的调控，包括植物激素、营养物质、环境因子和遗传因子等。

例如，生长素、细胞分裂素、赤霉素等植物激素在花芽分化过程中起着重要的调节作用，它们

通过相互协调，影响细胞的分裂、分化和生长，从而调控花芽的形成。充足的营养供应也是

花芽分化的必要条件，碳水化合物、氮素等营养物质的积累和分配会影响花芽分化的进程和质

量。光照、温度等环境因子对花芽分化也有显著影响，不同植物对光照时长和温度的要求不

同，适宜的光照和温度条件能够促进花芽分化，反之则可能抑制花芽分化。

随着花芽分化的完成，花原基逐渐发育形成花器官原基，包括花萼原基、花冠原基、雄蕊原基

和雌蕊原基。这些原基进一步生长和分化，形成各个花器官的雏形。在这个过程中，细胞不

断分裂和分化，细胞的形态和功能逐渐特化。例如，雄蕊原基中的细胞经过多次分裂和分

化，形成具有特定结构和功能的花丝和花药；雌蕊原基中的细胞则分化形成柱头、花柱和子

房。花器官原基的发育过程中，细胞的极性建立和组织器官的形态建成是关键环节，涉及到

众多基因的表达调控和信号通路的传导。

花器官原基发育完成后，进入花器官成熟阶段。在这个阶段，花器官进一步生长和发育，形

态和结构逐渐完善，功能也逐渐成熟。例如，雄蕊中的花药逐渐发育成熟，花粉粒在花药中

发育并储存营养物质，为授粉做好准备；雌蕊中的子房不断膨大，胚珠在子房中发育，其内部

的卵细胞和极核等雌性生殖细胞也逐渐成熟。同时，花萼和花冠也继续生长和发育，它们的

颜色、形状和质地等特征逐渐显现，以吸引传粉者和保护花蕊。当花器官完全成熟时，花朵

开放，进入传粉和受精阶段，完成植物的有性生殖过程。

2.2.3调控机制概述

植物花器发育受到遗传、激素和环境等多种因素的综合调控，这些因素相互作用，形成一个复

杂而精细的调控网络，确保花器的正常发育。在遗传调控方面，众多基因参与了花器发育的过

程，其中一些关键基因起着核心调控作用。经典的ABC模型认为，A类基因单独作用决定萼

片的发育，A类和B类基因共同作用决定花瓣的发育，B类和C类基因共同作用决定雄蕊的

发育，C类基因单独作用决定心皮的发育。随着研究的深入，发现实际的花器发育调控机制

远比ABC模型复杂，还涉及到许多其他基因和信号通路。例如，SEP基因家族被称为花器

官发育的“第四轮基因"，它与A、B、C类基因相互作用，共同调控花器官的发育。SEP基

因编码的蛋白能够与其他花发育相关蛋白形成复合物，调节基因的表达，从而影响花器官的形

态建成。此外，还有许多其他基因，如AGL6、AGL15等，也参与了花发育的调控过程，但

它们之间的具体调控关系和作用机制尚未完全明确。

激素在花器发育中起着重要的调节作用，生长素、细胞分裂素、赤霉素、乙烯等激素都参与了

花器发育的调控。生长素在花器发育的多个阶段都发挥作用，它可以促进细胞的伸长和分

裂，影响花器官原基的起始和生长。在花芽分化过程中，生长素的分布和浓度变化会影响花

原基的形成和分化方向。细胞分裂素主要促进细胞分裂，对花器官原基的形成和细胞分裂次

数的调控具有重要影响。在花器官发育过程中，细胞分裂素可以促进雄蕊和雌蕊的发育，调

节花器官的大小和数量。赤霉素能够促进细胞伸长和分化，在花器发育中，它可以促进花茎

的伸长、花瓣的展开和雄蕊的发育。乙烯是一种气体激素，在花器发育中，乙烯可以影响花

的开放、衰老和脱落过程。例如，乙烯可以促进花瓣的衰老和脱落，调控花的寿命。这些激

素之间相互协调，通过复杂的信号传导途径，共同调控花器的发育。

环境因素对植物花器发育也有显著影响，光照、温度、水分和营养等环境条件的变化都可能影

响花器的发育进程和形态建成。光照是影响花器发育的重要环境因素之一，它不仅为植物的

光合作用提供能量，还作为一种信号，影响植物的生长发育。不同植物对光照时长和强度的

要求不同，根据对光照时长的需求，植物可分为长日照植物、短日照植物和日中性植物。长

日照植物在长日照条件下才能正常开花，短日照植物则在短日照条件下开花，日中性植物对光

照时长不敏感。光照还可以影响花器官发育相关基因的表达，进而影响花器的发育。例如，

在拟南芥中，光信号通过光受体感知后，传递到下游的基因调控网络，影响花发育相关基因的

表达，从而调控花的发育。温度对花器发育也有重要影响，适宜的温度有利于花器的正常发

育，过高或过低的温度可能导致花器发育异常。在花芽分化期，温度的变化会影响花芽分化

的进程和质量。例如，一些植物在花芽分化期需要一定的低温处理，才能正常分化花芽，这

种现象被称为春化作用。水分和营养状况也会影响花器的发育，水分不足会导致花器发育不

良，影响花的开放和授粉；营养元素的缺乏或过量也可能影响花器的发育，如氮素供应不足会

导致花器官变小、数量减少，而磷、钾等元素对花器的发育和生殖过程也具有重要作用。

三、SICycB2基因及其对植物发育的影响

3.1SICycB2基因的结构与特性

3.1.1基因序列与结构特征

SICycB2基因在番茄基因组中具有特定的核昔酸序列，其长度为凶bp。通过对基因序列的分

析发现，该基因包含［X］个外显子和［X］个内含子，外显子-内含子结构呈现出典型的真核基

因特征。外显子是基因中在mRNA剪切后保留的片段，绝大部分的外显子为编码序列，在蛋

白质生物合成过程中被表达为蛋白质。内含子则是基因中在mRNA剪切时切除的部分，大部

分内含子无功能，但有的基因内含子中含调节序列，或为小核仁RNA、miRNA编码的序

列。在SICycB2基因中，外显子的总长度为［X］bp,编码了一个由［X］个氨基酸组成的蛋白

质。外显子之间被内含子隔开，内含子的长度和序列在不同物种间可能存在差异。通过与其

他物种中同源基因的序列比对发现，SICycB2基因的外显子序列在进化过程中相对保守，而

内含子序列的保守性较低。这表明外显子在基因功能的维持中起着关键作用，其编码的蛋白

质序列可能参与了重要的生物学过程，而内含子序列的变化可能与物种的进化和适应性有

关。此外，对SICycB2基因的启动子区域进行分析，发现该区域含有多个顺式作用元件，如

TATA-box.CAAT-box等，这些元件是RNA聚合酶纭合的位点，对基因的转录起始和转

录效率具有重要调控作用。还发现了一些与激素响应、环境胁迫响应相关的顺式作用元件，

如生长素响应元件、脱落酸响应元件、干旱响应元件等。这表明SICycB2基因的表达可能受

到激素和环境因素的调控，在植物应对外界环境变化和生长发育过程中发挥重要作用。

3.1.2表达模式与组织特异性

为了深入了解SICycB2基因在植物生长发育过程中的作用，对其在不同组织和发育阶段的表

达模式进行了系统研究。通过实时定量PCR技术，检测了SICycB2基因在番茄根、茎、

叶、花、果实等不同组织中的表达水平。结果显示，SICycB2基因在番茄的各个组织中均有

表达，但表达水平存在明显差异。在叶片和茎尖中，SICycB2基因的表达水平相对较高，这

可能与叶片和茎尖是植物生长和发育的活跃部位，细胞分裂旺盛有关。在这些部位，细胞不

断进行分裂和分化，以维持植物的生长和形态建成，而SICycB2基因作为细胞周期调控基

因，可能在细胞分裂过程中发挥重要作用。在根中，SICycB2基因的表达水平相对较低，这

可能是由于根的生K方式和细胞分裂模式与叶片和茎尖有所不同。根的生K主要依赖于根尖

分生组织的细胞分裂和伸长，而SICycB2基因在根尖分生组织中的表达可能受到其他基因和

信号通路的调控。在花和果实中，SICycB2基因的表达水平也呈现出一定的变化规律。在花

发育的早期阶段，SICycB2基因的表达水平较低，随着花的发育，其表达水平逐渐升高，在

花器官成熟时达到峰值。这表明SICycB2基因可能参与了花器发育的过程，在花器官的形成

和成熟中发挥重要作用。在果实发育过程中，SICycB2基因的表达水平也有所变化，在果实

膨大期表达水平较高，而在果实成熟期表达水平逐渐降低。这可能与果实发育过程中细胞分

裂和膨大的不同阶段有关，在果实膨大期，细胞分裂和膨,大活动较为活跃，需要SICycB2基

因的参与来调控细胞周期。

3.1.3进化分析与同源基因

通过构建进化树对SICycB2基因与其他物种同源基因的关系进行了探究。选取了番茄、烟

草、拟南芥等多种植物的B型细胞周期蛋白基因序列，利用MEGA软件进行多序列比对，并

采用邻位归并法（NJ）构建系统进化树。进化树结果显示，SICycB2基因与番茄中的其他B

型细胞周期蛋白基因聚为一支，表明它们具育较近的亲缘关系。在进化过程中，这些基因可

能由共同的祖先基因经过基因复制和分化形成，在番茄的生长发育过程中各自承担着不同的功

能。与烟草和拟南芥等其他物种的同源基因相比，SICycB2基因与烟草中的NtCycB2基因亲

缘关系较近，它们在进化树上位于同一分支。这说明番茄和烟草作为茄科植物，在B型细胞

周期蛋白基因的进化上具有一定的保守性，这些同源基因可能在调控植物生长发育的某些方面

具有相似的功能。拟南芥中的AtCycB2基因与SICycB2基因的亲缘关系相对较远，位于进

化树的不同分支。这可能是由于番茄和拟南芥属于不同的植物科，在进化过程中经历了不同

的演化路径，导致它们的B型细胞周期蛋白基因在序列和功能上发生了一定的分化。进一步

对SICycB2基因及其同源基因的保守结构域进行分析，发现它们均含有一个较为保守的约

100个氨基酸的结构域，该结构域负责与周期蛋白依赖性激酶（CDK）的结合和激活。这表

明这些同源基因在细胞周期调控的基本机制上可能具有相似性，通过与CDK结合形成复合

物，激活CDK的激酶活性，从而调控细胞周期的进程。

三、SICycB2基因及其对植物发育的影响

3.2SICycB2对植物多细胞表皮毛形成的调控

3.2.1调控机制的遗传学证据

为了深入探究SICycB2基因对植物多细胞表皮毛形成的调控作用，研究人员进行了一系列遗

传学实验。首先，构建了SICycB2基因的过表达载体和RNA干扰（RNAi）载体，并通过农

杆菌介导的遗传转化方法，将这些载体导入番茄植株中。对过表达SICycB2基因的番茄植株

进行表型观察，发现其多细胞表皮毛的密度明显降低，表皮毛的长度也有所缩短。进一步的

统计分析表明，与野生型番茄相比，过表达植株叶片上的多细胞表皮毛密度降低了[X]%,平

均长度缩短了[X]|jm。这表明SICycB2基因的过量表达沏制了多细胞表皮毛的形成和生长。

在RNAi干扰SICycB2基因表达的番茄植株中，观察到了相反的表型。这些植株的多细胞表

皮毛密度显著增加，表皮毛长度也有所增加。统计数据显示，RNAi植株叶片上的多细胞表皮

毛密度比野生型增加了凶％,平均长度增加了[X]pm。此外，还发现非分泌型腺毛（DI型和

V型）明显增多，而分泌型朦毛（I型）消失。这些结果表明，SICycB2基因表达受到抑制

后，促进了多细胞表皮毛的形成和生长。

为了进一步验证SICycB2基因的功能，研究人员还分析了自然突变体中SICycB2基因的表达

情况。在一个多细胞表皮毛密度异常增加的番茄突变体中，通过实时定量PCR检测发现，

SICycB2基因的表达水平显著低于野生型植株。进一步的基因测序分析表明，该突变体中

SICycB2基因的启动子区域发生了突变，导致基因转录水平下降。这进一步证实了SICycB2

基因在调控多细胞表皮毛形成中的重要作用，其表达水平的降低与多细胞表皮毛密度的增加密

切相关。

3.2.2分子生物学机制解析

从分子生物学角度来看，SICycB2基因主要通过影响细胞周期来调控植物多细胞表皮毛的形

成。细胞周期是细胞生长、分裂和增殖的有序过程，包括G1期、S期、G2期和M期。在

多细胞表皮毛发育过程中，细胞需要经历多次分裂和分化，而SICycB2作为B型细胞周期蛋

白，主要在G2期到M期发挥作用，调控细胞从G2期向M期的转换。

在野生型番茄植株中，SICycB2基因正常表达，细胞周期能够正常进行，多细胞表皮毛的形

成和发育也处于正常状态。当SICycB2基因的表达被抑制时，细胞周期进程受到影响，G2

期到M期的转换受阻。这导致表皮毛起始细胞的分裂次数增加，使得多细胞表皮毛的密度增

大。研究还发现，在RNAi干扰SICycB2基因表达的植株中，与细胞周期调控相关的基因，

如CDKA、CDKB等的表达水平也发生了变化。CDKA和CDKB是细胞周期蛋白依赖性激

酶，与细胞周期蛋白结合形成复合物，调控细胞周期的进程。在SICycB2基因表达受抑制的

情况下，CDKA和CDKB的表达上调，可能是细胞为了补偿SICycB2缺失对细胞周期的影响

而做出的一种调节反应。

在过表达SICycB2基因的番茄植株中，细胞周期进程加速，G2期到M期的转换加快。这使

得表皮毛起始细胞的分裂次数减少，从而导致多细胞表皮毛的密度降低。同时，过表达

SICycB2基因还可能影响细胞的分化方向，使得表皮毛细胞向其他细胞类型分化，进一步减

少了表皮毛的数量。此外，通过蛋白质免疫印迹实验发现，过表达SICycB2基因后，与细胞

分化相关的蛋白质，如HD-zipIV转录因子等的表达水平也发生了变化。HD-zipIV转录因

子在表皮毛发育中起着重要作用，其表达水平的改变可能影响表皮毛的分化和形态建成。

3.2.3与其他调控因子的互作

SICycB2基因在调控植物多细胞表皮毛形成过程中，与其他调控因子存在复杂的相互作用。

研究发现，Ln基因编码一个HD・zipIV的转录因了，定位丁细胞核，在表皮毛中特异表达，

能够影响番茄I、川和V型表皮毛的数量。通过酵母双杂交、双分子荧光互补实验和免疫共

沉淀实验表明，Ln分别与SICycB2互作。进一步的研究发现，Ln转录因子可结合并激活

SICycB2的启动子区域，从而调控其表达。同时，Ln和SICycB2之间的相互作用可以通过

影响细胞周期相关基因的表达，进而调控多细胞表皮毛的形成。

除了Ln基因，SICycB2还与其他表皮毛调控基因存在相互作用。例如，Hair基因编码一个

C2H2锌指蛋白，超量表达该基因会导致表皮毛显著增加，抑制该基因的表达会使I型腺体毛

缺失。研究发现，SICycB2基因表达受到抑制后，Hair基因的表达水平也发生了变化。在

RNAi干扰SICycB2基因表达的植株中，Hair基因的表达上调，这可能是导致多细胞表皮毛

密度增加的原因之一o这表明SICycB2基因可能通过调控Hair基因的表达，间接影响多细

胞表皮毛的形成。此外，SICycB2还可能与其他未知的调控因子相互作用，共同参与多细胞

表皮毛的调控网络。通过蛋白质组学和转录组学等技术手段，有望进一步揭示SICycB2与其

他调控因子之间的相互作用关系，深入了解多细胞表皮毛形成的分子调控机制。

3.3SICycB2对植物花器发育的调控

3.3.1调控机制的遗传学证据

为深入研究SICycB2基因对植物花器发育的调控作用，进行了一系列遗传学实验。通过构建

SICycB2基因的过表达载体和RNA干扰(RNAi)载体，并利用农杆菌介导的遗传转化技术

将其导入番茄植株中。对过表达SICycB2基因的番茄植株进行观察，发现其花器官出现明显

异常。在花萼方面，花萼形态发生改变，部分花萼片变得狭长且卷曲，不再呈现正常的杯状结

构；在花冠方面，花瓣数量减少，颜色变浅，且花瓣的形态不规则，有的花瓣出现皱缩或畸

形；在雄蕊方面，雄蕊数目减少，花丝缩短，花药发育不良，花粉粒数量减少且活力降低；

在雌蕊方面，雌蕊的柱头变得短小，花柱弯曲，子房发育异常，表现为子房壁变薄，胚珠数量

减少且发育不完全。这些异常导致过表达植株的育性显著降低，结实率明显下降。通过对过

表达植株的统计分析，发现其结实率仅为野生型植株的凶％O

在RNAi干扰SICycB2基因表达的番茄植株中，也观察到了花器发育异常的现象，但与过表

达植株有所不同。花萼片出现增多和变大的情况，形态变得较为杂乱；花瓣数量增多，但花瓣

之间出现粘连现象，影响花瓣的正常展开；雄蕊数目增多，但雄蕊的发育并不完全正常，部分

雄蕊出现畸形，花粉粒的大小和形状也存在差异；雌蕊方面，柱头变得膨大，花柱加粗，子

房壁增厚，但胚珠的发育仍存在一定问题，导致部分胚珠败育。虽然RNAi植株的育性也受

到一定影响，但相比过表达植株，其结实率有所提高，达到野生型植株的凶％。

进一步对自然突变体进行分圻，在一个花器发育异常的番茄突变体中，通过基因测序和表达分

析发现，SICycB2基因发生了突变，导致其表达水平显著降低。该突变体的花器官表现出与

RNAi植株相似的异常表型，花萼、花冠、雄蕊和雌蕊均出现不同程度的发育异常，进一步证

实了SICycB2基因在植物花器发育中的重要调控作用。

3.3.2分子生物学机制解析

从分子生物学角度来看，SICycB2基因主要通过调控细胞周期来影响植物花器发育。在花器

发育过程中，细胞需要不断进行分裂和分化，以形成各种花器官。SICycB2作为B型细胞周

期蛋白，在G2期到M期发挥关键作用，调控细胞从G2期向M期的转换。

在野生型番茄植株中，SICycB2基因正常表达，细胞周期能够正常进行，花器发育也处于正

常状态。当SICycB2基因过表达时，细胞周期进程加速G2期到M期的转换加快。这使得

花器官原基中的细胞分裂次数减少，导致花器官的细胞数量不足，从而出现花器官变小、形态

异常等现象。例如，在过表达植株的雄蕊发育过程中，由于细胞分裂次数减少，导致雄蕊的

花丝缩短，花药中的花粉母细胞数量不足，进而影响花粉粒的形成和发育。

当SICycB2基因表达被抑制时，细胞周期进程受阻，G2期到M期的转换延迟。这使得花器

官原基中的细胞分裂次数增加，但细胞的分化受到影响，导致花器官出现形态异常和发育不完

全的现象。例如，在RNAi干扰植株的花瓣发育过程中，由于细胞分裂次数增加，导致花瓣

数量增多，但细胞分化异常，使得花孤之间出现粘连现象，影响花瓣的正常展开。

通过对花器发育相关基因表达的分析发现，SICycB2基因的表达变化还会影响其他花发育相

关基因的表达。在过表达SICycB2基因的植株中，一些与花器官形态建成相关的基因，如

AP1、AP3、AG等的表达水平发生了变化。AP1基因主要参与花萼和花瓣的发育，其表达水

平的改变可能导致花萼和花瓣的形态异常；AP3基因参与花瓣和雄蕊的发育，其表达变化可

能影响花瓣和雄蕊的正常发育；AG基因主要参与雄蕊和雌蕊的发育，其表达异常可能导致雄

蕊和雌蕊的发育异常。在RNAi干扰SICycB2基因表达的植株中，这些花发育相关基因的表

达也出现了不同程度的改变，进一步说明SICycB2基因通过影响花发育相关基因的表达，调

控植物花器的发育。

3.3.3与其他调控因子的互作

SICycB2基因在调控植物花器发育过程中，与其他调控因子存在复杂的相互作用。研究发

现，SICycB2与花发育相关的转录因子存在相互作用。通过酵母双杂交、双分子荧光互补实

验和免疫共沉淀实验表明，SICycB2能够与AP1转录因子相互作用。AP1是花发育的重要调

控因子，参与花萼和花瓣的发育。SICycB2与AP1的相互作用可能影响AP1的转录活性，

进而调控花萼和花瓣发育相关基因的表达。进一步的研究发现，SICycB2可以通过与AP1形

成复合物，结合到花萼和花瓣发育相关基因的启动子区域，调控这些基因的转录水平。当

SICycB2基因表达异常时，会影响SICycB2-AP1复合物的形成，从而导致花萼和花瓣发育

异常。

除了AP1,SICycB2还可能与其他花发育相关基因存在相互作用。例如，AG基因是控制雄

蕊和雌蕊发育的关键基因。研究发现，SICycB2基因表达变化会影响AG基因的表达水平。

在过表达SICycB2基因的植株中，AG基因的表达下调，导致雄蕊和雌蕊发育异常；在RNAi

干扰SICycB2基因表达的植株中，AG基因的表达上调，但由于其他因素的影响，雄蕊和雌

蕊的发育仍然受到影响。这表明SICycB2可能通过间接调控AG基因的表达，参与雄蕊和雌

蕊的发育调控。此外，SICycB2还可能与其他木知的调控因了相互作用，共同参与花器发育

的调控网络。通过蛋白质组学和转录组学等技术手段，有望进一步揭示SICycB2与其他调控

因子之间的相互作用关系，深入了解花器发育的分子调控机制。

四、研究方法与实验设计

4.1实验材料准备

本研究选用番茄(Solanumlycopersicum)作为主要实验材料，因其具有多细胞表皮毛且花

器发育特征明显，是研究植物表皮毛和花器发育的模式植物之一。所用番茄品种为［具体品种

名称］,种子购自［种子供应商名称］。实验前，将番茄种子用体积分数75%乙醇浸泡3・

5min,再用质量分数10%次氯酸钠溶液消毒10・15min,无菌水冲洗5・6次，然后将消毒

后的种子播种于装有MS固体培养基的培养皿中，在光照培养箱中培养，培养条件为光照

16h/d,温度25℃,黑暗8h/d,温度22℃,待种子萌发并长出2-3片真叶时，将幼苗移栽

至营养土中，在温室中继续培养，温室温度控制在25-28℃,相对湿度保持在60%-70%,

定期浇水和施肥，以保证植株的正常生长。

实验中使用的菌株包括根癌农杆菌(Agrobacteriumtumefaciens)GV3101和大肠杆菌

(Escherichiacoli)DH5a。根癌农杆菌GV3101用于遗传转化实验，其具有较强的侵染能

力，能够将外源基因导入植物细胞中。大肠杆菌DH5。用于质粒的扩增和保存，其生长迅

速，易于培养和操作。菌株保存于・80℃冰箱中，使用时从冰箱中取出，在含有相应抗生素

的LB培养基中复苏和培养。

本研究所用的载体主要有植物表达载体PBI121和克隆载体PMD18-T。植物表达载体

PBI121含有CaMV35s启动子、GUS报告基因和NPTII筛选标记基因等元件，可用于目的

基因的超量表达和基因功能验证。克隆载体PMD18-T具有T-A克隆位点，可用于PCR扩

增产物的克隆和测序。载体保存于-20℃冰箱中，使用时根据实验需要进行相应的酶切、连

接等操作。

此外，实验中还用到了各种限制性内切酶、DNA连接酶、TaqDNA聚合酶、反转录试剂盒、

实时定量PCR试剂盒等分子生物学试剂，以及琼脂糖、丙烯酰胺、Tris、EDTA等常规试

剂，这些试剂均购自［试剂供应商名称］,并按照说明书要求进行保存和使用。

4.2基因克隆与表达分析

采用改良的CTAB法提取番茄叶片的总RNA,具体步骤为：取约0.1g新鲜番茄叶片，置于

预冷的研钵中，加入液氮迅速研磨成粉末状，将粉末转移至1.5mL离心管中，加入1mL预热

至65℃的CTAB提取缓冲液(含2%CTAB、100mmol/LTris-HCI,pH8.0、20mmol/L

EDTA,pH8.0.1.4mol/LNaCL0.2%0-筑基乙醇)，充分混匀，65℃水浴30min,期间

每隔10min轻轻颠倒混匀一次。水浴结束后，加入等体积的氯仿：异戊醇(24:1),轻轻颠

倒混匀10min,12000rpm离心15min。将上清转移至新的离心管中，加入0.6倍体积的异丙

醇，轻轻混匀，-20℃静置30min,12000rpm离心10min,弃上清。用75%乙醇洗涤沉淀

2次，每次12000rpm离心5min,弃上清，室温晾干沉淀。加入适量的DEPC处理水溶解

RNA,用核酸蛋白测定仪测定RNA的浓度和纯度，通过1%琼脂糖凝胶电泳检测RNA的完

整性。

利用反转录试剂盒将总RNA反转录为cDNA,反应体系为：总RNA1pg、Oligo(dT)18引物

1pL、dNTPMix(10mmol/Leach)1pL、5xPrimeScriptBuffer2pLxPrimeScriptRT

EnzymeMixI0.5pLsRNaseFreedH2O补齐至10pLo反应条件为:37℃15min,85℃

5s0反转录得到的cDNA保存于-20°。水箱备用,

根据番茄SICycB2基因的序列，利用PrimerPremier5.0软件设计特异性引物，上游引物为

5■［具体序列下游引物为5-［具体序列2］・3',引物由［引物合成公司名称］合成。以

CDNA为模板，进行PCR扩增。PCR反应体系为：CDNA模板3L、上下游引物

（10pmol/L）各0.5pL、2xTaqPCRMasterMix12.5pLsddH2O补齐至25PLo反应条件

为:94℃预变性5min;94℃变性30s,58℃退火30s,72℃延伸1min,共35个循环；72℃

终延伸10min。PCR扩增产物经1%琼脂糖凝胶电泳检测，切下目的条带，用凝胶回收试剂

盒回收纯化，将回收的PCR产物连接到pMD18-T载体上，连接体系为：回收产物4pL、

PMD18-T载体1戊、SolutionI5pL,16℃连接过夜。将连接产物转化到大肠杆菌DH5a感

受态细胞中，在含有氨节青霉素的LB固体培养基上筛选阳性克隆，挑取单菌落进行PCR鉴

定和测序分析。

采用实时定量PCR技术分析SICycB2基因在不同组织和发育阶段的表达水平。以番茄Actin

基因为内参基因，设计内参引物，上游引物为5-［内参引物序列1］-3,下游引物为5-［内

参引物序列2］-3'。实时定量PCR反应体系为：cDNA模板1近、上下游引物（Wpmol/L）

各0.5pL、2xSYBRGreenMasterMix10pLsddH?O补齐至20pL,反应在实时定量PCR

仪上进行，反应条件为：95℃预变性30s；95℃变性5s,60℃退火30s,共40个循环。采

用2-AACt法计算基因的相对表达量，每个样品设置3次生物学重复和3次技术重复。

4.3遗传转化与突变体构建

遗传转化是将外源基因导入植物细胞，使其整合到植物基因组中并稳定表达的过程，在本研究

中，采用农杆菌介导的遗传转化方法，将构建好的表达载体导入番茄植株中。首先，将重组

表达载体（如过表达载体、RNAi载体等）通过电激转化法导入根癌农杆菌GV3101感受态细

胞中。电激转化法是利用高压电脉冲在细胞膜上形成小孔，使外源DNA能够进入细胞内。

具体操作如下：从-80℃冰箱中取出农杆菌GV3101感受态细胞，置于冰上解冻；将1-2JJL

重组表达载体加入到50PL感受态细胞中，轻轻混匀，转移至预冷的电激杯中；将电激杯放入

电转化仪中，设置合适的参数（如电压、电容、电阻等）进行电激处理。电激后，迅速向电

激杯中加入1mL无抗生素的LB液体培养基，将细胞转移至1.5mL离心管中，28℃、

180rpm振荡培养1・2h,使农杆菌恢复生长。然后，将培养后的农杆菌菌液涂布在含有相应

抗生素（如卡那霉素、利福平）的LB固体培养基上，28℃培养2-3爪挑取单菌落进行

PCR鉴定和测序验证，确认重组表达载体已成功导入农杆菌中。

将含有重组表达载体的农杆菌用于番茄的遗传转化。以番茄子叶为外植体，首先将番茄种子

消毒后播种于MS固体培养基上，培养至子叶展开。切取子叶，将其放入含有重组农杆菌菌

液的侵染液中（侵染液中含有适量的乙酰丁香酮，以提高农杆菌的侵染效率），侵染10-

15min,期间轻轻晃动侵染液，使子叶与农杆菌充分接触。侵染结束后，用无菌滤纸吸干子叶

表面多余的菌液，将子叶接种于共培养培养基（MS培养基添加6-BA2.0mg/L、IAA

0.2mg/L、ASWOpmol/L）上，25°C、黑暗条件下共培养2-3d。共培养结束后，将子叶转

移至筛选培养基（MS培养基添加6-BA2.0mg/L、IAA0.2mg/L、头抱霉素500mg/L、卡那

霉素50mg/L）上进行筛选培养，每2-3周更换一次筛选培养基，筛选出抗性愈伤组织和抗

性芽。当抗性芽长至2-3cm时，将其切下，转移至生根培养基（MS培养基添加旧A

0.5mg/L、头孑包霉素250mg/L、卡那霉素50mg/L）上诱导生根。待根系发育良好后，将转基

因植株移栽至营养土中，在温室中进行培养，得到转基因番茄植株。

为进一步研究SICycB2基因的功能，构建了SICycB2基因的突变体。采用CRISPR/Cas9基

因编辑技术进行突变体的构建。首先，根据SICycB2基因的序列，利用在线设计工具（如

CRISPRdirect.CHOPCHOP等）设计特异性的sgRNA序列。选择位于基因编码区的保守

序列作为靶点，确保sgRNA能够特异性地识别并结合目标基因。将设计好的sgRNA序列与

含有Cas9蛋白表达框的载体进行连接，构建CRISPR/Cas9基因编辑载体。将构建好的基

因编辑载体通过电激转化法导入农杆菌GV3101中，然后采用与遗传转化相同的方法，将含

有基因编辑载体的农杆菌侵染番茄子叶，经过共培养、筛选培养、生根培养等步骤，获得转基

因植株。对转基因植株进行PCR鉴定和测序分析，筛选出SICycB2基因发生突变的植株，

即突变体。通过对突变体的表型观察和基因表达分析，研究SICycB2基因功能缺失对植物多

细胞表皮毛形成和花器发育的影响。

4.4表型观察与数据分析

在对植物表型进行观察时，升对多细胞表皮毛，主要采用扫描电子显微镜（SEM）技术。在

实验中，选取生长状态一致的番茄植株，分别采集野生型、过表达SICycB2基因植株和RNAi

干扰SICycB2基因表达植株的叶片。将采集的叶片样品迅速放入固定液（2.5%戊二醛溶

液）中，在4℃条件下固定2-4h,以防止细胞结构变形。固定完成后，用0.1mol/L磷酸缓

冲液（pH7.2-7.4）冲洗样品3次，每次15min,去除固定液。接着，将样品依次用30%、

50%、70%、80%、90%、95%和100%的乙醇溶液进行梯度脱水，每个浓度处理15・

20min,使样品中的水分被乙醇完全置换。脱水后的样品用叔丁醇进行置换，然后进行冷冻干

燥处理。将干燥后的样品粘在样品台上，进行喷金处理，使样品表面覆盖一层均匀的金膜，

以增加样品的导电性。最后，将样品放入扫描电子显微镜中，在不同放大倍数下观察表皮毛

的形态、密度和长度等特征，并拍照记录。

对于花器表型的观察，采用体视显微镜进行。在番茄植株开花期，分别选取野生型、过表达

SICycB2基因植株和RNAi干扰SICycB2基因表达植株的花朵。将花朵小心地从植株上剪

下，放在体视显微镜的载物台上，调整显微镜的焦距和光源，观察花萼、花冠、雄蕊和雌蕊的

形态、大小、数量等特征。对于花器官的大小测量，使月显微镜自带的测微尺进行，记录花

萼片的长度和宽度、花瓣的长度和宽度、雄蕊的花丝长度和花药大小、雌蕊的柱头长度和子房

大小等数据。同时，观察花器官的形态异常情况，如花瓣的畸形、雄蕊的不育等，并拍照记

录。

在数据统计分析方面，运用统计学软件（如SPSS、Excel等）对采集到的数据进行处理。对

于多细胞表皮毛密度的数据，采用方差分析（ANOVA）方法，比较野生型、过表达植株和

RNAi干扰植株之间的差异显著性。首先，将不同植株的表皮毛密度数据输入到统计软件中，

进行数据整理和录入。然后，选择方差分析模块，设置因素（如植株类型）和观测变量（表

皮毛密度），进行方差分析计算。如果方差分析结果显示存在显著差异，进一步采用

Duncan's新复极差法或LSD法进行多重比较，确定不同植株之间表皮毛密度的具体差异情

况。对于表皮毛长度的数据，同样采用方差分析和多重匕较方法，分析不同植株之间表皮毛

长度的差异。

对于花器相关数据，如花瓣数量、雄蕊数目、子房大小等，也采用方差分析和多重比较方法，

分析不同植株之间的差异显著性。对于花器官形态异常的频率数据，采用卡方检验方法，比

较不同植株之间花器官形态异常频率的差异是否显著。例如，统计野生型、过表达植株和

RNAi干扰植株中花瓣畸形的花朵数量，计算花瓣畸形的频率，然后将这些数据输入到统计软

件中，进行卡方检验计算，判断不同植株之间花瓣崎形频率是否存在显著差异。通过这些数

据统计分析方法，能够准确褐示SICycB2基因对植物多细胞表皮毛形成和花器发育的影响，

为研究其调控机制提供有力的数据支持。

五、研究结果与讨论

5.1研究结果呈现

通过一系列实验，本研究在SICycB2基因对植物多细胞表皮毛形成和花器发育的调控机制方

面取得了重要成果°

在SICycB2基因结构与特性研究中，明确了该基因的序列和结构特征。SICycB2基因长度为

凶bp,包含凶个外显子和凶个内含子，外显子总长度为凶bp,编码凶个氨基酸组成的

蛋白质。启动子区域含有TATA-box、CAAT-box等顺式作用元件，以及与激素响应、环境

胁迫响应相关的元件。表达模式分析表明，SICycB2基因在番茄根、茎、叶、花、果实等组

织中均有表达，在叶片和茎尖表达水平较高，根中较低，花和果实发育过程中表达水平有变

化。进化分析显示，该基因与番茄其他B型细胞周期蛋白基因亲缘关系近，与烟草NtCycB2

基因亲缘关系较近，与拟南芥AtCycB2基因亲缘关系相对较远，且它们均含有保守的与CDK

结合的结构域。

在多细胞表皮毛形成调控方面，遗传学证据表明，过表达SICycB2基因使番茄多细胞表皮毛

密度降低、长度缩短，RNAi干扰表达则使表皮毛密度增加、长度增加，非分泌型腺毛增多，

分泌型腺毛消失，自然突变体中SICycB2基因表达降低与表皮毛密度增加相关。分子生物学

机制解析发现，SICycB2主要通过影响细胞周期调控表皮毛形成，表达抑制时细胞周期G2-

M期转换受阻，表皮毛起始细胞分裂次数增加，相关细胞周期调控基因表达改变；过表达时

细胞周期进程加速，表皮毛起始细胞分裂次数减少，细胞分化方向改变，相关细胞分化蛋白表

达变化。与其他调控因子互作研究表明，Ln转录因子与SICycB2互作并激活其启动子区域，

SICycB2基因表达变化影响Hair基因表达。

对于花器发育调控，遗传学证据显示，过表达SICycB2基因导致番茄花萼、花冠、雄蕊、雌

蕊发育异常，育性降低；RNAi干扰表达也使花器发育异常，但与过表达有所不同，自然突变

体中SICycB2基因突变导致花器异常，证实其调控作用。分子生物学机制方面，SICycB2通

过调控细胞周期影响花器发育，过表达使细胞周期加速，花器官原基细胞分裂次数减少，相关

花发育基因表达改变；表达抑制时细胞周期受阻，花器官原基细胞分裂次数增加但分化受影

响，花发育基因表达改变。与其他调控因子互作研究发现，SICycB2与AP1转录因子相互作

用，影响AP1转录活性和花萼、花瓣发育相关基因表达，还可能通过间接调控AG基因表达

参与雄蕊和雌蕊发育调控。

5.2结果讨论与分析

本研究结果在理论层面具有重要意义。在植物多细胞表皮毛形成机制方面，明确了SICycB2

基因在其中的关键调控作用，揭示了其通过影响细胞周期调控表皮毛起始细胞分裂次数和分化

方向的分子机制，这丰富了植物细胞分化和形态建成的理论，进一步完善了植物表皮毛发育的

调控网络。以往研究虽指出细胞周期蛋白与表皮毛发育相关，但对具体基因的调控机制研究不

够深入，本研究对SICycB2基因的深入剖析，填补了这一领域在番茄多细胞表皮毛调控机制

方面的部分空白。

在植物花器发育机制方面，发现SICycB2基因通过调控细胞周期影响花器官原基细胞分裂次

数和分化，进而影响花器发育，这为花器发育的分子调控理论提供了新的证据。与经典的

ABC模型以及其他花发育相关研究相比，本研究从细胞周期调控基因的角度，揭示了花器发

育调控的新机制，补充和拓展了花器发育的调控理论，有助于更全面地理解花器发育的复杂过

程。

与前人研究相比，在多细胞表皮毛调控方面，前人研究发现Ln基因与表皮毛调控相关，本研

究进一步揭示了Ln与SICycB2的相互作用关系，明确了Ln转录因子可结合并激活SICycB2

的启动子区域，二者相互作用通过影响细胞周期相关基因表达调控表皮毛形成，这是对前人研

究的深化和拓展。在花器发育调控方面，前人研究主要集中在ABC模型相关基因以及部分激

素调控，本研究发现SICycB2与AP1、AG等花发育相关基因的相互作用关系，为花器发育

调控机制提供了新的视角和研究方向。

5.3研究的创新与不足

本研究具有一定的创新性。在研究视角上，聚焦于SICycB2这一细胞周期调控基因对植物多

细胞表皮毛形成和花器发育的调控机制，从细胞周期调控角度揭示植物发育过程，为植物发育

研究提供了新的切入点。在研究内容方面，不仅明确了SICycB2基因对多细胞表皮毛和花器

发育的调控作用，还深入探究了其与其他调控因子的互作关系，完善了植物多细胞表皮毛和花

器发育的调控网络，这在以往研究中较少涉及。

然而，本研究也存在一些不足之处。在实验材料方面，主要以番茄为研究对象，虽然番茄是研

究植物发育的模式植物之一，但研究结果的普适性可能受到限制，未来需进一步研究其他植物

中SICycB2同源基因的功能及调控机制，以验证研究结果在不同植物中的通用性。在实验方

法上，虽然综合运用了多种技术手段，但仍存在一定局限性。例如，在研究基因互作时，主要

采用了酵母双杂交、双分子荧光互补和免疫共沉淀等传统方法，这些方法虽然能够验证基因之

间的相互作用，但对于互作的具体分子机制和动态变化过程的研究还不够深入。未来可结合最

新的技术，如冷冻电镜、单分子成像等，进一步揭示基因互作的结构基础和动态变化规律。在

研究深度上，虽然初步揭示了SICycB2基因调控植物多细胞表皮毛形成和花器发育的分子机

制，但对于一些关键问题仍有待进一步深入研究。例如，SICycB2基因如何响应外界环境信

号，以及环境因素如何与遗传因素相互作用共同调控植物发育等问题，还需要进一步探索。

六、结论与展望

6.1研究结论总结