蕙兰Flowering locus T基因的克隆及其对开花的影响

【目的】探讨CfFT基因在蕙兰成花中的作用。【方法】采用RT-PCR结合RACE技术从蕙兰(Cymbidiumfaberi)中克隆Flowering locus T(FT)同源基因CfFT。采用实时定量RT-PCR对不同组织及不同花发育时期CfFT进行表达分析。将该基因克隆到PBI121载体上导入烟草中,并对不同转基因烟草株系中的CfFT、NFL、NtFUL和NAP1基因进行实时定量RT-PCR分析。【结果】对蕙兰花芽分化不同时期的CfFT的表达分析表明,CfFT在花芽分化初期的表达量最高,之后随着花芽的成熟表达量逐渐降低。将CfFT导入烟草进行异源表达,转基因株系表现出明显的早花表型。对开花时间不一的转基因株系中的CfFT表达分析表明,其表达量与转基因烟草开花时间早晚成正比。进一步对这些株系内源的NFL、NAP1和NtFUL表达分析表明,NFL、NAP1和NtFUL基因的表达量与CfFT表达成正比,说明NFL、NAP1和NtFUL的表达受FT基因的上游调控。【结论】在烟草中异源表达蕙兰中的CfFT基因能促进烟草提前开花。

Gene control of flowering time in higher plants

Flowering involves a transition process from vegetative growth to reproductive development, in which a series of routine changes take place in the shoot apical meristems from metabolic pathway to external phenotype. Expression of the genes related to flowering is the foundation for achieving the transition. Environmental factors (such as vernalization and photoperiod) and the growth status of cell itself induce the expression of the specific genes. A lot of achievements have been made recently in gene control for the determination of flowering time. The article reviews some new advances of such researches related to our work and the interesting field.

多效唑和乙烯利对西克刺桐花芽分化及成花基因表达的影响

【目的】探讨多效唑(paclobutrazol,PAC)和乙烯利(ethephon,ETH)对西克刺桐(Erythrina sykesii)碳氮代谢、内源激素及成花相关基因表达的影响,为刺桐属植物花期调控提供理论依据。【方法】以8年生的西克刺桐为材料,在花芽生理分化期进行多效唑(PAC)600 mg·L^(-1)、乙烯利(ETH)50 mg·L^(-1)以及二者共同喷施处理,以清水为对照(CK),每个处理均喷施3次。检测顶芽不同花芽生理分化期的碳氮代谢物质含量、内源激素水平和成花相关基因表达量,并调查统计盛花期西克刺桐花序大小、数量和枝条成花率。【结果】西克刺桐叶面喷施多效唑和乙烯利后,随着花芽生理分化进程推进,顶芽的可溶性糖和全碳含量逐渐上升,而可溶性蛋白和全氮含量逐渐下降,导致碳氮比(C/N)升高;其中,PAC+ETH处理与PAC和ETH处理均存在显著差异,在生理分化末期PAC+ETH处理的C/N比值达到最大值。顶芽的内源激素含量也随着生理分化进程而变化,玉米素核苷(zeatin riboside,ZR)和脱落酸(abscisic acid,ABA)含量逐渐上升,而赤霉素(gibberellic acid,GA3)和吲哚乙酸(indole-3-acetic acid,IAA)含量逐渐下降;引起ABA/IAA、ABA/GA3、ZR/IAA、ZR/GA3比值逐渐升高;PAC+ETH处理的激素比值与PAC和ETH处理间均存在显著差异,在生理分化末期PAC+ETH处理的ABA/IAA、ABA/GA3、ZR/IAA、ZR/GA3比值均达到最大值,分别比对照提高317.49%、185.34%、310.58%、180.62%。成花促进基因FT在生理分化中期开始表达且表达量逐渐上调,SOC1、AP1、SVP和LFY基因在生理分化末期才明显表达;成花抑制基因TFL1在生理分化前期就开始表达且表达量逐渐下调。多效唑和乙烯利处理均能促进西克刺桐花芽分化进程和成花诱导,其中600 mg·L^(-1)PAC+50 mg·L^(-1)ETH处理的植株开花期提前12 d,枝条成花率达36.46%,植株总花期达55 d。【结论】西克刺桐花芽生理分化期喷施多效唑和乙烯利有利于提高碳氮代谢物质含量,调节内源激素水平和成花相关基因表达,有效促进西克刺桐花芽分化。

核桃SPL基因家族的系统进化和表达分析

【目的】SQUAMOSA promoter binding protein-like(SPL)转录因子在植物开花诱导中起重要的调控作用。从核桃基因组中鉴定SPL(JrSPL)基因家族成员并分析其表达特性,为探究SPL在核桃开花诱导中的功能研究提供参考。【方法】采用生物信息学方法鉴定JrSPL基因家族成员,并预测其基本理化性质、保守结构域、进化关系、启动子顺式作用元件等;利用转录组测序和RT-qPCR技术分析JrSPL家族成员在核桃不同组织及嫁接诱导开花后的表达水平。【结果】JrSPL家族有28个成员,其基因结构和蛋白结构均高度保守,分布在核桃14条不同的染色体,与拟南芥和毛果杨分别存在17处和24处共线性关系,根据系统发育关系可分为8组。JrSPL启动子存在大量的光响应元件、激素应答元件、胁迫响应元件等。转录组测序分析显示,JrSPL基因在核桃不同组织表达量有差异,在雄花、雌花、顶芽及叶中均有表达,多数基因在雌花中的表达量都比较高,有6个基因最为显著,它们可能在开花诱导中起关键作用。在嫁接诱导核桃开花材料中,检测的12个JrSPLs中除了JrSPL8外,在开花材料中的表达量均高于对照,JrSPL2和JrSPL25在混合花序的雄花中表达显著,JrSPL8在顶芽中高表达。【结论】JrSPL基因在核桃成花中具有重要作用,其高表达是花期提前的主要因素。

外源GA_3对白桦成花基因影响的定量PCR分析

植物开花是高等植物由营养生长向生殖生长转变的重要生理过程,是个体发育和后代繁衍的中心环节。赤霉素是调节植物生长发育的五大激素之一（Takahashi et al.,1991）,赤霉素处理也是人工调控植物成花的最有效途径之一,

一种用于基因调控网络建模的CGP-WPSO混合算法

依靠基因调控网络来预测农作物的表现型,对于保障全球的粮食安全有着极其重要的意义。提出了一种基于笛卡尔遗传规划(Cartesian genetic programming)和线性递减惯性权重粒子群优化(linear decreasing inertia weightparticle swarm optimization)的混合算法,用于基因调控网络的建模。进一步,为了验证算法的有效性,将算法应用于拟南芥开花调控系统的模型重建问题。最后通过计算机仿真实验表明,该算法能够根据农作物的基因型和环境情况,重建出能够较精确地预测农作物表现型的基因调控网络模型。

HSP∷FT转基因杨树热激开花的影响因素

以转HSP∷FT1基因的白杨派杂种无性系(欧洲山杨×美洲山杨)为试材,系统研究影响FT基因热激表达诱导杨树早期开花的各种因素,为HSP∷FT基因在木本植物中有效诱导正常开花提供基础数据。结果表明:不同转基因株系、同一株系的不同单株、转基因材料的株高及年龄(热激前温室生长时间)、热激温度及热激时间、环境温度等因素均影响转基因植株的热激开花。同一基因型的不同转基因株系以及同一株系不同单株热激诱导开花存在显著差异。开花率随热激材料株高的增加呈上升趋势,株高小于30 cm的转基因植株不能诱导开花。转基因植株在温室培养的时间越长,热激后开花越早,开花率越高。热激温度影响热激材料的初始开花时间、开花率及正常花序得率,最佳热激温度为40℃。转基因植株的热激诱导开花,在早期主要受每天热激时间的影响,在后期主要受持续热激天数的影响,持续热激3周以上可有效提高开花率及正常花序得率。热激前转基因材料在较低的环境温度下生长,有利于热激诱导开花及获得正常花序。

林木成花分子基础研究进展

多数林木的幼年期长、始花期晚,为了探索林木早花的分子机制,克服经济林木育种周期长的难题,为进一步的林木童期调控和分子育种研究奠定基础,综述了高等植物的成花假说、成花诱导分子机理、林木成花相关基因的克隆及相关生理信号的研究进展．

导入玉米花色素苷调节基因Lc改变烟草花色——基因工程实验教学拓展

组织部分学生,将含有玉米花色素苷调节基因Lc的烟草叶片再生获得转基因植株,采用PCR,PCR-Southern blot和RT-PCR对转基因烟草进行检测,并观察性状变化.转基因烟草植株花冠筒、花冠檐、花丝颜色都与对照有明显差异.将直观性明显的转基因研究作为基因工程实验教学内容的拓展,不仅能够使学生更容易理解和掌握基因工程的特点,还有可能提高学生进行基因工程实验研究的兴趣.

牧草开花的分子机理研究进展

开花期是牧草重要的农艺性状,对牧草产量、品质和利用价值具有重要影响。开花时间由微效多基因控制,调控网络复杂。开展牧草开花基因的研究,阐明牧草开花调控分子机理,有利于加快牧草开花基因挖掘,培育满足生产需求的不同成熟度的牧草新品种。牧草开花基因在模式植物拟南芥(Arabidopsis thaliana)、水稻(Oryza sativa)、小麦(Triticum aestivum)等农作物已开展了系统深入的研究,而牧草研究相对较少。本文综述了牧草开花基因研究最新进展,以期为牧草开花基因研究提供理论参考。

开花调控基因BpMADS4无抗性表达载体的构建

为了构建含有报告基因GFP基因和BpMADS4基因的无抗性双元表达载体pCAMBIA1302-GFP-Bp,参考已发表的欧洲白桦(Betula pendula)开花调控基因(BpMADS4)序列,利用逆转录-聚合酶链式反应(RT-PCR)从欧洲白桦的幼嫩花序中克隆得到促进开花的BpMADS4基因。将该基因替换pCAMBIA1302载体中的潮霉素抗性基因,构建含有报告基因GFP基因和BpMADS4基因的无抗性双元表达载体pCAM-BIA1302-GFP-Bp。结果表明:成功构建了无抗性双元表达载体pCAMBIA1302-GFP-Bp。该表达载体在苹果遗传转化中不使用抗生素筛选,可以解决抗生素抗性筛选降低苹果转基因转化效率的问题以及转基因苹果中选择标记基因造成的生物安全性问题,用该载体转化苹果可以缩短苹果童期,有效提高其育种效率。本研究为筛选对环境安全的、具有易成花特性的苹果新种质奠定了基础。

拟南芥成花关键基因调控网络研究进展

开花是植物从营养生长转变为生殖生长的重要时期,而开花调控成为近年来植物分子生物学研究的热点。在目前已有的研究中,调控拟南芥开花的基因网络已经发展成一个包含串扰(Crosstalk)、反馈(Feedback)和冗余(Redundancy)的复杂网络,这个网络通过开花整合子来与其他发育过程紧密结合。以调节开花的遗传途径作为基础,重点讨论了顶端分生组织中的信号积累、花发育的时空调节、开花相关基因在拟南芥开花时间或花发育过程以外的其他过程中的功能,并对开花调控网络的深入研究进行了展望。

藤稔葡萄花发育相关基因启动子的克隆及功能分析

采用基于热不对称交错式PCR的基因组步移法,从藤稔葡萄(Vitis vinifera×V.labrusca‘Fujiminori’)的基因组总DNA中扩增花发育相关基因FT、FLC、AP3和AG的启动子上游序列片段,并通过序列分析及PlantCARE在线预测对FT、FLC和AP3启动子片段的序列及顺式调控作用元件和功能进行了分析。扩增结果表明:AG的第1轮扩增产物无明显条带,第2轮扩增产物条带弥散,不能用于序列分析及顺式调控作用元件和功能分析;FT、FLC和AP3基因2轮扩增产物均有特异条带,FT、FLC和AP3启动子序列的实际长度分别为1 470、1 698和1 061 bp,GenBank登录号分别为HM192806、HM192805和HM192804。PlantCARE在线预测结果表明:FT、FLC和AP3启动子片段中均含有TATA-box、CAAT-box等启动子的特异表达元件及光响应元件、真菌刺激响应元件、MYB结合位点等多个顺式调控作用元件,共同受真菌刺激、MYB和光等因素的调控;FT、FLC和AP3均可能在花的分生组织中表达,且FT和AP3还可能在胚乳中表达。根据研究结果推测:FT、FLC和AP3基因的启动子序列片段中均存在多种诱导响应元件,可能均为诱导型启动子。

甘蓝型油菜开花相关基因的鉴定及进化与表达分析

开花是开花植物繁衍后代的前提,控制开花时间对农作物获得高产稳产具有重要影响。然而,关于甘蓝型油菜基因组水平上开花相关基因的信息报道较少。本研究对甘蓝型油菜开花相关的基因进行了鉴定、特征分析、进化与表达模式分析。结果表明,基因组水平上共鉴定到甘蓝型油菜1173个开花相关基因,这些基因分为9类,且不均匀地分布在染色体上;与白菜(AA,2n=20)和甘蓝(CC,2n=18)相比,甘蓝型油菜(AACC,2n=38)经过自然杂交和染色体加倍后,使开花相关基因的数目显著扩增;选择压力分析表明,糖代谢信号途径的基因比自发途径的开花相关基因受到的选择压力更大;仍有一些开花相关基因在拟南芥和油菜基因组内非常保守。甘蓝型油菜基因数目的扩增和功能分化导致其开花调控机制更加复杂,本研究为油菜开花途径提供更多的信息,也为阐明拟南芥和油菜开花基因的进化关系指明了方向。

菠萝AcSOC1基因调控因子筛选

菠萝(Ananas comosus)是我国热区种植的主要经济作物之一,农业种植上常通过施用乙烯利促其成花,但关于乙烯诱导菠萝成花的分子机制与植物体内已知的五大成花途径之间关系尚不清楚。SOC1(SUPPRESSOR OF OVEREXPRESSION OF CO1)是一种开花整合因子,能够整合多种成花信号,诱导植物成花。有实验数据显示,AcSOC1(XM_020238379.1)基因响应乙烯诱导,在乙烯处理菠萝后,AcSOC1表达量上升。为了深入了解SOC1在菠萝成花中的作用及乙烯诱导菠萝成花与五大成花途径之间的关系,本研究以乙烯敏感品种‘台农4号’为材料,克隆AcSOC1启动子,构建pAbAi-pAcSOC1诱饵载体,利用酵母单杂技术,筛选AcSOC1候选调控因子,并用双荧光素酶实验进行验证。结果显示:共筛选出4个AcSOC1候选转录的调控因子∶GHD7 (Heading Date7)、SVP1(SHORT VEGETATIVE PHASE 1)、SVP2(SHORT VEGETATIVE PHASE 2)、AP1(APETALA1),只有AcSVP1、AcSVP2与pAcSOC1存在互作关系。SVP是一种开花抑制因子,乙烯能够抑制菠萝AcSVP基因表达。因此推断认为,乙烯诱导菠萝成花,可能是通过抑制AcSVP基因实现的,即乙烯通过抑制AcSVP的表达,从而降低了AcSVP对AcSOC1表达的抑制作用,AcSOC1表达增强,加快了乙烯诱导成花的过程。

甜橙SPL基因家族的鉴定及其在成花诱导中的表达分析

SQUAMOSA promoter binding protein-like(SPL)基因家族在植物成花转变与花器发育中起重要调控作用。该研究基于甜橙(Citrus sinensis)基因组数据,对甜橙SPL家族成员及其启动子区进行生物信息学分析,并采用qRT-PCR检测其在甜橙不同花期、不同品种花芽和叶片的表达特异性,为深入探讨CsSPLs基因在甜橙成花诱导中的功能奠定基础。结果表明:(1)共鉴定出15个含有SBP保守结构域的甜橙SPL基因,分别命名为CsSPL1~CsSPL15,且分布在6条染色体上。(2)CsSPL1~CsSPL15基因编码的氨基酸长度为130~1075 aa,分子量为14.73~118.75 kD;系统发育分析将15个CsSPLs分成8个亚族,除CsSPL4外,其他CsSPLs均与拟南芥SPL家族成员聚类。(3)顺式作用元件分析表明,CsSPLs启动子中含有大量光响应元件,推测CsSPLs可能在甜橙响应光调控过程中发挥重要作用。(4)转录组数据分析显示,CsSPLs在甜橙愈伤组织、花、叶片和果实中均有表达,其中CsSPL3、CsSPL4、CsSPL7、CsSPL8、CsSPL12、CsSPL13、CsSPL14和CsSPL15在花和叶片中较高表达。(5)qRT-PCR检测显示,CsSPLs在甜橙不同花期、不同品种花芽和叶片组织中的表达均有显著上调趋势,且采样各时期下早花品种‘赣南早’花芽和叶片中CsSPLs的表达量均高于对照品种‘纽荷尔’。研究认为,甜橙成花组织内CsSPLs基因的高表达是其花期提前的主要因素。

MADS-box基因家族调控植物花器官发育研究进展

花器官的发生发育与形态构造是一个高度复杂的项目,涉及众多因素及其相互作用,MADS-box基因作为其中的关键转录因子可以改变整个发育过程,因而成为花器官研究最广泛的基因家族。通过梳理目前MADS-box基因对花器官发生、分化和形态建成方面的调控作用,为了解花发育程序和该基因家族的一般转录调控机制提供新见解,也为进一步深入挖掘该家族基因和完善花发育调控理论提供参考。

葡萄成花分子生物学研究进展

开花是植物从营养生长向生殖生长转变的重要时期,而开花调控成为近年来植物分子生物学研究的热点。拟南芥中存在多条调控开花的信号途径如光周期途径、春化途径、赤霉素途径和自主途径等。目前,在葡萄中已经发现了许多葡萄花发育相关的重要基因,是拟南芥花发育相关基因的同源基因,并且绝大多数基因具有与拟南芥相似的功能。本文综述了开花相关基因在葡萄开花时间、花发育过程以及其他过程中的功能,以期为葡萄成花机制的深入研究提供一些参考。

果树花发育调控基因的研究进展

花发育过程是果树生长发育过程中的重要转折时期,受众多基因的调控。控制果树花发育过程的基因有花序分生组织特异基因、花分生组织特异基因、调控花器官形态特征基因等。本文综述这些基因在果树中的作用、表达部位和相互联系。

黑喉石斛DoFT1基因在花发育过程中的表达模式分析及功能验证

FT(FLOWERING LOCUS T)基因是植物开花调控过程中的关键整合基因。为探明黑喉石斛(Dendrobium ochreatum)FT同源基因功能及其在黑喉石斛嫩茎开花过程中扮演的角色,本研究以黑喉石斛为试验材料,基于转录组测序结果,克隆得到黑喉石斛FT同源基因,命名为DoFT1。DoFT1基因编码区长度为537 bp,共编码178个氨基酸;生物信息学分析结果表明,该基因编码的蛋白属于PEBP家族蛋白,其含有关键保守氨基酸位点Tyr84和11个连续保守氨基酸残基序列,为FT同源基因;进化树分析结果显示,DoFT1氨基酸序列与铁皮石斛和小兰屿蝴蝶兰同源基因亲缘关系较近;Real-time PCR分析结果显示,DoFT1主要在黑喉石斛叶片部位表达,其表达量在花芽开始分化阶段出现上调,并在花芽成熟期达到峰值后呈下降趋势;将DoFT1导入烟草中超量表达,可以显著促进烟草提前开花。