菊花CmGATA12的克隆与功能初步鉴定

【摘要】：菊花(Chrysanthemum morifolium)是我国十大传统名花之一,是有较高的观赏和经济价值。菊花的自然花期大都集中在秋季,受光周期的影响较大,且花期较集中,不能满足市场的周年均衡需求。因此,为提高菊花周年供应能力,花期改良一直是菊花育种的重点。分枝是菊花重要园艺性状之一,直接影响其栽培方式与观赏品质,目前,菊花分枝的生理特征已有比较深入的探讨,但其遗传机制仍不明确。开展菊花开花机理和分枝调控相关优异基因的发掘,将为菊花花期和株型分子育种提供重要的基因储备与理论依据。有研究表明,GATA转录因子可影响植物种子的萌发、幼苗的生长、调控植物花期和响应环境胁迫。但是有关菊花GATA的克隆和功能的研究尚未见报道。为此,本研究以菊花品种‘清露’为材料,通过基因克隆、遗传转化等方法,初步探究了 CmGATA转录因子的功能,为GATA转录因子调控菊花花期和分枝的分子机理深入研究和育种利用奠定基础。主要研究内容与结果如下:1、对CmGATA12基因进行克隆,并通过CmGATA12基因在菊花不同组织中的表达检测、亚细胞定位、转录激活活性分析,发现CmGATA 12基因在菊花的不同组织中均有表达,在菊花开花转录组中发现CmGATA12基因在破蕾、初绽和盛花期的表达量不断提高。亚细胞定位显示,CmGATA12既定位在细胞核中,也定位在细胞膜中,且CmGATA 12具有转录激活活性。2、通过对比野生型拟南芥和CmGATA12转基因拟南芥开花时间、莲座叶片数,并对CmG4 TA12转基因植株中促进开花和抑制开花基因表达进行了分析。发现,CmGATA12转基因拟南芥植株的开花时间均早于野生型植株,开花天数较野生型植株平均早8.7天;开花时的莲座叶片数均少于野生型拟南芥植株,莲座叶片数较野生型植株平均少1.9片。促进开花的基因AtGI和AtSPL5在转基因株系中较野生型拟南芥中的表达量均有不同程度的上调,AtGI表达量是野生型植株表达量的1.6-1.8倍;AtSPL5表达量是野生型植株表达量的1.3-1.6倍。抑制开花的基因AtSVP、AtFRI、AtTOE1和A1TOE2在CmGATA12转基因株系中较野生型拟南芥中的表达量均显著下调,AtSVP表达量比野生型表达量下调0.4-0.7倍;AtFRI表达量比野生型表达量下调0.4-0.6倍;AtTOE1表达量比野生型表达量下调0.3-0.4倍;AtTOE2表达量比野生型表达量下调0.5-0.6倍。表明CmGATA12具有促进植物开花的功能。3、通过对比野生型拟南芥和CmGATA12转基因拟南芥的分枝数,并结合CmGATA12转基因中抑制分枝基因与野生型拟南芥中表达量的对比分析。发现CmGATA12转基因拟南芥植株的一级、二级和三级分枝数均多于野生型植株,野生型的拟南芥植株一级、二级和三级分枝数分别为1.2、1.3和0。CmGA1TA2转基因株系中,CmGATA12-6的拟南芥一级、二级和三级分枝数为3.4、2.6和3.3;CmGATA12-10的拟南芥一级、二级和三级分枝数为3.9、3.1和5.4。抑制分枝的基因AtBRC1、AtBRC2和AtMAX2在CmGATA12转基因株系中较野生型拟南芥中的表达量均有不同程度的下调,特别是基因AtBRC1表达量下调显著,AtBRC1表达量是野生型表达量的0.1-0.2倍;AtBRC2表达量是野生型表达量的0.6-0.8倍;AtMAX2表达量是野生型表达量的0.4-0.5倍。表明CmGATA12同时具有促进植物分枝的功能。