矮牵牛PMADS 17-like和PhAGL27-like的功能鉴定及下游基因挖掘

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矮牵牛(Petunia hybrida)是当前应用较普遍的花卉,品种多样,随着其全基因组测序工作的完成,常用于植物分子进化生物学、花发育等相关研究。MADS-box基因是一类转录因子,调控生物发育的各个方面。其中FLC亚家族抑制植物开花,而且在春化需求型植物中具有功能保守性,然而在无春化需求的热带、亚热带植物(如矮牵牛)中,其功能尚不明确。为解决这些问题,对矮牵牛两个关键FLC-like基因PMADS17-like和PhAGL27-like进行动态表达分析和获得性&缺失性功能研究。之后结合转基因植株表型对35S:PMADS17-like超表植株及‘W115’幼苗时期叶片和成体时期顶芽进行数字基因表达谱分析(RNA-seq),分析差异表达基因。主要结果如下:(1)在35S:PMADS17-like超表植株T0代表型中,根据表达量上调水平分为强中弱三类,强表型1号植株表达上调1000余倍,转化苗下地后近120天开花,花期较野生型晚40天左右;中表型9号植株表达上调50余倍,在后代中稳定遗传,花期晚2周左右,自交结实、种子萌发均困难。在35S:amiRNA-PMADS17-like干涉植株T0代表型中,4号植株开花较早,表达下调至对照株系表达水平的5%左右,开花时叶片较少;7号植株表达下调至对照株系表达水平的20%左右,开花时叶片也减少,但较4号多,表明PMADS17-like对开花有累积性抑制作用。除花期外,T0代超表植株出现不同程度的花梗移位和花梗增长;T1代超表植株器官形态(种子、子叶、下胚轴大小、叶片形状)发生改变,且摘心后萌芽能力更强,表明PMADS17-like可能也影响营养生长。(2)在PhAGL27-like的干涉植株T0代表型中,3号植株表达量下调至对照株系表达水平的2%左右,开花时叶片明显少于野生型,茎秆粗壮且叶片变厚多褶皱、形状上略变圆,其花朵变小自交不结实易脱落、花梗长度及花序轴节间长均变短。22号植株表达量下调至对照株系表达水平的1%,25号植株下调至0.5%,均表现为营养生长弱,茎秆细小无法直立,暗示PhAGL27-like表达可能与营养生长优势呈正相关,通过维持营养生长而抑制开花。(3)分析幼苗时期叶片及成体时期顶芽转录组差异表达基因,前者总计182个差异基因,上调127个,下调55个;后者总计163个差异基因,上调95个,下调68个;其中共有19个基因重叠,包括MYB类转录因子MYB4和赤霉素合成相关基因KAO1,可能是超表植株器官形态变化的作用因子之一。也筛选到开花相关基因COL1、OFP13、NFYA7、KNOX7&6、AP2/B3-like、OFP13;茎的伸长、侧枝生长、分生组织维持相关基因LOB1-like、RLP12、AOC1、F-box类基因等。结合转录组数据及关键基因的表达分析,发现COL1和F-box类基因可能处于PMADS17-like平行位置或上游;OFP13和KNOX7&6可能形成复合体共同促进开花;NFYA7和AP2/B3-like可能位于PMADS1 7-like下游抑制开花。
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