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摘要 被子植物中花对称性进化嘚一个重要方面就是从两侧对称向次生 辐射对称的演化。唇形目是被子植物中以两侧对称花为主的类群次生 辐射对称花频繁发生。然而茬分子发育水平上除了模式植物金鱼草 似ntirrhinum majus)和少数其他种外,从两侧对称花向次生辐射对称花演 化的机制仍然是一个巨大的未被探索的领域 在金鱼草和柳川鱼伍inaria VUlgaris)中,腹部化反常整齐花的形成各 自是由于CYC和LCYC的沉默所引起这些基因沉默分别是由于转座子插 入和DNA广泛甲基化所導致。在豆科(1egumes)中辐射对称花的形成是 由于legCYC基因在所有五个花瓣均有表达,这相似于金鱼草中CYC基因 同源异位表达所形成的背部化辐射对称婲然而,自然界中起源于不同 的两侧对称花支系的许多次生辐射对称花好像并不是因为简单的花对称 性基因功能丢失或者获得因此,鉯模式植物突变体表型特征的分子机 制作为研究出发点通过对自然发生的次生辐射对称花进行详细研究探 讨,有可能揭示两侧对称花向佽生辐射对称花转变的新的演化途径包 括花对称性发育过程中不同基因的参与以及他们的表达在时间上的变化 在灯 守。 sensu 苦苣苔科(Gesneriaceae)是唇形目(Lamialeslato)其他类群的姊 妹群以较弱的两侧对称花为特征,并拥有相当数量的次生辐射对称花 种类;该科所拥有的辐射对称花属在唇形目所有科Φ占的比例最大在 苦苣苔科中,五数苣苔(Bournealeiophylla)是次生辐射对称花类群中具有 两侧对称痕迹的代表类群其花的发育过程显示出五数苣苔花经曆了由 花器官发育早期的两侧对称向成熟时期辐射对称的形态转变。这种发育 模式暗示着五数苣苔的花可能起源于一个两侧对称花祖先;伍数苣苔中 控制花背腹非对称性的CYC类基因应该是有功能的至少在花发育的早 科)亲缘关系较近,而且CYC类基因的基本功能之一是导致背部雄蕊退 化;因此五数苣苔中辐射对称花的形成很可能既不是由于CYC类基因失 去也不是因为CYC.类基因功能获得延伸或加强所致。在五数苣苔花發 育过程中从早期的两侧对称到成熟花的辐射对称的发育转变可能牵涉 至iJTCP和MYB基因家族成员相互调节作用在时间和空间上的改变。因此 伍数苣苔是探讨被子植物中次生辐射对称花新的进化途径的一个理想的 候选材料。针对解决这一问题我们对五数苣苔花进行了以下实验研究: l花器官发生过程的观察 成熟的五数苣苔花是辐射对称花,但是对花发育过程中花原基电镜 扫描结果表明:在花器官起始和发育的早期五数苣苔花是显著的两侧 对称;但是随着进一步发育,这种两侧对称性逐步减弱最后形成具有 微弱两侧对称性痕迹的辐射对称花。 2婲对称性基因的克隆 我们应用RACE技术克隆得到了五数苣苔花对称性同源基因: BICYCl的3‘端翻译区和非翻译区序列为了确定这些基因内含子的有無 和位置,我们也从DNA中得到了相应同源基因的DNA序列并且补全了 源基因BICYC2。在该实验中我们第一次在金鱼草以外的类群中克隆得到 了D脚删D嘚同源基因。 3序列比较和分子系统发育分析 运用不同的比较软件和分子系统发育分析工具对五数苣苔的花对称 性基因进行了比较和分析結果表明:五数苣苔各种类型的花对称性基 因和金鱼草的花对称基因在序列上是高度同源的,在分子系统发育上是 非常近缘的暗示着五數苣苔花对称性基因和金鱼草花对称性基因功能 上的同源性。 4花对称称性基因表达模式的分析 我们第一次运用组织原位杂交和RT.PCR技术对在金鱼草以外类群 中所有已知类型花对称性同源基因的表达模式进行了实验研究结果表 明:五数苣苔花对称性基因的表达模式在花发育的早期类似于金鱼草; 但是早期以后,BICYCJ和BIRAD被负调节召国,y的表达特异地在每个 花瓣侧部边缘表达;这种表达结果和花的形态发生过程有很恏的吻合 Ⅱ 上述研究表明:和金鱼草花对称基因的表达模式相比,五数苣苔三 种类型花对称性基因在花发育过程中的时间和空间表达模式发生了改 变;并且这种表达模式变化和五数苣苔花对称性由发育起始时期的两侧 对称向成熟时期的辐射对称的转变是相互关联的五数苣苔具有两侧对 称性痕迹的辐射对称花和其他类群辐射对称花的

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