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《中国农业科学院》 2018年
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大豆开花调控基因GmFT1a的克隆和功能研究

刘薇  
【摘要】:大豆(Glycine max(L.)Merr.)是典型的短日作物,光周期反应较为敏感。对晚熟品种(如自贡冬豆)而言,短日照是其开花和成熟的必要条件,连续的短日处理会显著加快开花和成熟;对经过一定日数短日诱导、已经开始生殖发育的植株进行长日处理,可以解除短日效应,使顶端分生组织从生殖器官分化回复到营养器官分化状态,发生开花逆转。上述现象说明,在大豆生长发育过程中,长日也有其独特的生理效应,且可能诱导产生某些开花抑制物质。Flowering Locus T(FT)是植物开花途径中的信号整合基因。在大豆中,已发现10个FT同源基因,其中,GmFT2a和GmFT5a是在短日条件下高效表达的开花促进基因,而GmFT4在长日条件下高效表达,在拟南芥中的异位表达导致了开花时间的延迟,说明大豆的FT基因功能可能存在分化,但在大豆FT基因家族中是否存在其它开花抑制基因仍不明确。本研究利用所在实验室多年研究建立的自贡冬豆开花逆转系统,对大豆中的10个FT同源基因进行了表达模式分析,筛选到了3个在长日条件下高效表达的FT基因:GmFT1a、GmFT1b和GmFT4。对从自贡冬豆中克隆得到的GmFT1a进行的系统研究表明,长日照下该基因在叶片中的表达量高于短日,且在维管组织中有较高的表达量。该基因编码的蛋白质定位于细胞质和细胞核。对不同品种中GmFT1a表达模式的比较发现,GmFT1a在黑河27等早熟品种中的表达量较低,而在晚熟品种中的表达量相对较高。不论品种光周期敏感性如何,GmFT1a在长日条件下的表达量均高于短日条件,与GmFT2a/GmFT5a的表达模式相反。分别利用E1近等基因系和E1过表达材料初步研究了GmFT1a表达量与大豆生育期重要调控基因E1的关系。结果表明,在E1近等基因系中,当E1为显性时,GmFT1a表达量相对较高;E1的过表达使GmFT1a的表达量上升。通过双荧光素酶检测发现,E1增强了GmFT1a CDS区上游序列驱动的LUC报告基因的活性。在该基因本底表达量较低的中熟品种Jack中过表达GmFT1a时,GmFT2a的表达量明显降低,开花期和成熟期明显延迟,营养生长和生殖生长的并行期延长,且在短日条件下产生更多的节数。对GmFT1a过表达材料进行转录组分析发现,一系列与开花相关的基因表达量发生变化。基于本研究并结合前人研究,提出了调控大豆生长发育的跷跷板模型(Teeter board model):大豆FT基因家族存在明显的功能分化,可分为开花促进基因(包括GmFT2a、GmFT5a等)和开花抑制基因(如GmFT1a、GmFT4)两类,二者通过表达量的相对变化影响大豆生长发育的方向。综上所述,大豆FT同源基因存在明显的功能分化,开花促进基因和抑制基因的平衡状态决定大豆生长发育的方向。GmFT1a的发现为大豆生育期性状的调控提供了新的分子工具。
【学位授予单位】:中国农业科学院
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:S565.1

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