枇杷成花时间调控的分子机制研究

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高等植物是一个非常复杂的生物体,并进化出了复杂而精密的成花转变遗传机制,从而使得植物能够准确地响应内部和外部信号,并将它们整合在一起,以促进在对其自身有利的时间内开花。而不同的物种在不同的进化过程中又形成了各自特殊的调控机制,枇杷(Eriobotrya japonica Lindl.)这一蔷薇科木本果树,在开花时间(季节)上显得特殊,它进化出了不同于苹果、梨、李等果树的开花策略。秋冬开花给了枇杷较之于其他果树的产期优势,但是关于枇杷的花期调控分子机制研究鲜见报道。虽然在模式植物拟南芥中花期调控机理已经有了很深入研究,并发现多种调节途径,包括光周期途径、赤霉素途径、春化途径、热感应途径、自主途径和年龄途径。但是在枇杷中是否适用?更进一步,枇杷花期主要是受什么因素的调控,还未可知。在本研究中,首先克隆得到花期调控相关的关键基因的同源基因,进而对其时空表达进行了全面的分析,并进行了相关的功能验证;此外,利用外源喷施赤霉素和短日照处理,研究赤霉素途径和光周期途径在枇杷花期调控中的作用;最后结合生产实际,探究了花序短截技术在延迟枇杷开花上的可操作性。以期能够深入了解枇杷成花调控机理,并在人工调控枇杷花期中有所突破,同时能为其他木本果树的成花机理研究提供参考。该研究主要结果如下:1、通过石蜡切片和q PCR确定了广州地区枇杷花芽分化发生在6月底7月初,且在9月初可见明显花序。同时确定Ej AP1-1、Ej AP1-2、Ej LFY-1、Ej LFY-2可作为鉴定枇杷花芽分化时间节点的标记基因。2、克隆得到两个FT同源基因,为Ej FT1和Ej FT2,两个基因在枇杷中的表达模式不同。研究发现Ej FT1调控枇杷生长,Ej FT2调控枇杷花芽分化。而且Ej FT2受光周期和GA3的调控,表现为明显的昼夜节律。Ej FT1和Ej FT2一样定位在细胞质和细胞核,Ej FD定位在细胞核。此外,我们对Ej FT1和Ej FT2启动子区域进行了克隆分析,发现Ej FT2启动子区域含4个CO蛋白特异结合元件CCAAT-motif,以及3个光感知元件Tbox,而在Ej FT1启动子区域无此两种元件。而且Ej CO可以显著激活Ej FT2启动子活性,Ej FT2可显著激活Ej AP1s启动子活性,而Ej FD-Ej FT2复合物可以加强Ej FT2对Ej AP1-2启动子的激活作用。由此,总结出在枇杷中Ej FT2的调控机制:Ej CO在长日照条件下,激活Ej FT2的表达,然后Ej FT2可以直接结合到Ej AP1s启动子,激活其表达,同时Ej FT2和Ej FD结合强力激活Ej AP1-2表达,诱导枇杷花芽分化。而后,将两个Ej FT过表达到拟南芥Col-0中,发现两者都能促进拟南芥的成花。最后我们推测,导致枇杷中两个Ej FT表达模式和功能的差异的具体原因可能是其启动区域的不同而引起的。3、两个Ej TFL1表达量在成花过程中急剧降低,与两个Ej AP1s表达趋势此消彼长,表现为枇杷的成花抑制因子。而且在GA3和短日照(SD)处理后有在花芽分化时期表达趋势表现上升趋势,确定其为枇杷的成花抑制因子。Ej TFL1s与Ej FTs相一致地定位在细胞质和细胞核,而且也可以和Ej FD相互作用,但是其功能是相反的,Ej FT2是成花激活因子,Ej TFL1s是成花抑制因子。4、从枇杷中克隆得到的两个EjSOC1,与拟南芥At SOC1同源,与蔷薇科其他植物亲缘关系最近;两个EjSOC1s都定位在细胞核;在枇杷中EjSOC1s受到GA3和光周期调控,GA3和短日照处理抑制了EjSOC1s的转录;确定了EjSOC1s通过赤霉素途径和光周期途径信号来参与调控枇杷花芽分化;将克隆得到的两个EjSOC1过表达到拟南芥Col-0和soc1-2突变体中,可以在不同程度上加速拟南芥开花。5、枇杷中的EjSVPs虽然是At SVP的直系同源物,但是它们在枇杷中行使的功能与拟南芥不同,在枇杷中EjSVP-1可能调控细胞的增殖,EjSVP-2可能是参与细胞的膨大过程,并未表现对枇杷成花的抑制。6、花序在短截处理后,从截面附近皆可萌芽,新萌芽类型有叶芽、花芽、也有叶芽和花芽一起萌发的。经统计,短截处理后二次成花花穗花蕾数目和支轴显著减少。对比实验结果发现,短截处理诱导枇杷二次成花最优操作方法为:选择上位短截的方法,而且在盛花期处理黄肉品种较为合适,下位短截处理的方法和白肉枇杷品种不适用于短截处理诱导二次成花。这些新发的花序能够正常的开花结果,其果实成熟期与正常开花的花序相比,晚2-4个月,可有效延迟枇杷花期和产期。
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