月季成花相关基因对环境变化的响应

来源 :北京林业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:SCY512355337
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植物的成花转变受内部因子(激素、年龄、自主)和外界环境因子(温度、光周期)共同作用,只有在各种环境条件适宜时,才能触发成花启动。月季(Rosa cvs.)主要有连续开花和单季开花两种开花方式,其中单季开花型月季仅能在早春开花,而连续开花型月季可以在外界环境不断变化的情况下,持续进行成花转变,但其调控机制至今尚不透彻。本研究以连续开花的‘月月粉’和单季开花的‘幻蝶’为实验材料,利用石蜡切片技术观察了‘幻蝶’、‘月月粉’的花芽分化过程,参考成花调控网络,从单季和连续开花月季对比转录组中筛选出与成花相关的候选基因,采用荧光定量PCR和酶联免疫法分别测定三种不同环境下18个候选基因在成花转变过程中的表达模式和内源激素含量。据此分析连续开花型月季怎样在不同环境条件下诱导成花,以期为阐明连续开花性状的分子机制提供依据,主要结论如下:(1)石蜡切片显微观察发现,‘月月粉’和‘幻蝶’开始由营养生长转向生殖生长的形态学标志一致,均为生长锥由向上凸起的圆锥形变宽变平。‘月月粉’和‘幻蝶’分别为芽子伸长至4-5mm(修剪后5天)和展开7-8片成熟复叶时开始进行成花转变。‘月月粉’的花芽分化历经时间明显短于‘幻蝶’,‘月月粉’仅需1-2周即可完成成花转变,‘幻蝶’则需要3个月左右(2019年3月-5月)。(2)18个候选基因(VIL 1、VIL 2a、VIL 2b、FRI 5、FRI 3、FRI 1、CO、CO like2、SPL3、AP2 like、SVP、FT、FT like、FD、FLC、FCA、SOC 1、LFY)均在连续和单季开花型月季中差异表达。表达模式分析结果表明,在3种不同的环境条件下,成花调控网络中的下游整合因子FD、FT、SOC1、LFY参与了‘月月粉’每一次的成花过程,但并不是由各条通路中的上游基因调控的,可能存在其他因子或通路来调控开花网络中下游的整合因子,且这种因子或通路是不受环境变化影响其表达的。(3)通过对筛选出的FD、FT、SOC1、LFY基因进行生物信息学分析,结果表明,4个基因的氨基酸序列中含有多个磷酸化位点和糖基化位点,可能存在多种翻译后的调控作用,其表达水平可能受激素(脱落酸、赤霉素、生长素)、温度、干旱和光等多种因素的调控,并从转录组数据中筛选到31个可能的上游结合因子。(4)激素测定结果表明,IAA、CTK、GA3、ABA在‘月月粉’和‘幻蝶’中的表达水平一致。其中,IAA、CTK、ABA对‘幻蝶’和‘月月粉’不同环境下的成花有促进作用的,而GA3仅对‘幻蝶’的成花有促进作用,对‘月月粉’的成花有抑制作用。这些激素也可能会对FT、FD、SOC1、LFY四个基因的表达产生影响。其中,IAA和ABA可能在‘月月粉’中有促进FT、FD、SOC1、LFY表达的作用,在‘幻蝶’中有促进LFY表达的作用;GA3可能在‘幻蝶’中促进LFY表达,而在‘月月粉’中无此作用。综上所述,本研究的研究结果表明FD、FT、SOC1、LFY四个基因参与了不同环境下‘月月粉’的成花过程,并预测了31个可能的上游结合因子,且激素也有可能会对其表达水平产生影响。研究结果为阐明月季连续开花机制提供了新的信息。
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