荔枝SPL介导不同成熟度末次梢成花的作用机制

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荔枝在枝梢顶端成花,且需要低温诱导,但顶端末次梢没有老熟的荔枝,即使经历足够的低温诱导也不能开花。SPL(SQUAMOSA promoter-binding protein like)主要参与植物年龄途径调控开花时间等生长发育活动,但SPL是否参与成年荔枝植株不同发育状态影响开花,仍不清晰。本研究以末次梢处于不同成熟状态的‘桂味’盆栽荔枝为试材,通过低温处理,统计成花生物学效应,分析SPL基因在不同状态末次梢叶片中的表达模式,利用烟草瞬时表达和酵母单杂技术研究SPL调控的靶基因,阐述SPL介导的调控途径。并在果园荔枝树上采集顶芽,比较成花诱导阶段SPL在叶片和顶芽中不同的作用。主要研究结果如下:1.为了研究SPL基因在不同状态末次梢顶芽中的作用,本研究连续两年分析了‘桂味’荔枝顶芽样品。果园里处于展叶状态的末次梢和老熟状态的末次梢均能形成“白点”,但成花枝率存在较大差异(分别为5.18%和37.43%)。对不同成熟度末次梢叶和芽中Lc SPLs及成花相关基因的表达分析发现,Lc FT1、Lc FT2、Lc SPL1、Lc SPL3、Lc SPL4基因在老熟末次梢叶片中的表达明显高于展叶状态。但Lc SPL6基因主要在芽中表达,且随成花诱导进程表达量显著下调。Lc TFL1基因在芽中也有同样的表达趋势。通过酵母单杂交方法和双荧光素酶报告基因系统分析发现,转录因子Lc SPL6可以直接作用于Lc TFL1的启动子,激活其表达。利用酵母双杂交及双分子荧光互补实验,发现Lc FT1和Lc TFL1均能与Lc FD蛋白互作。2.在人工气候室内,将末次梢处于老熟、转绿和展叶期的‘桂味’盆栽荔枝苗进行60d低温处理(15/10℃),之后再转入室温(25℃)。低温处理期间,植株几乎停滞生长,不同状态末次梢的叶片长、宽和SPAD值均没有显著变化。低温诱导结束后,老熟状态末次梢成花枝率达84.62%,转绿和展叶状态分别为16.11%、14.51%。低温诱导期间对转绿状态末次梢进行15g/L的叶面喷施蔗糖处理可提高成花枝率至66.95%。上述结果表明成熟的末次梢是荔枝完成成花诱导的关键,叶片中可溶性糖含量可能发挥重要作用。3.荔枝成花诱导过程中,Lc SPL1、Lc SPL3、Lc SPL4、Lc SPL10基因在老熟状态末次梢叶片中的表达水平总体上高于转绿和展叶状态,且受低温诱导,在荔枝“白点”(花序原基)期达到最高。Lc SPL6、Lc SPL13、Lc SPL14、Lc SPL17基因则表现出相反的表达变化趋势。低温诱导过程中,成熟叶片中Lc FT1和Lc FT2的表达显著增加,这种增长趋势在展叶状态的叶片中并未发现。通过酵母单杂交方法及双荧光素酶报告基因系统分析发现,Lc SPL3和Lc SPL10可以直接作用于Lc FT1启动子,并激活Lc FT1基因的表达。将上述Lc SPL基因在拟南芥中过量表达,发现只有Lc SPL10转基因拟南芥表现出提早开花的现象。综上所述,Lc SPL1、Lc SPL3、Lc SPL4、Lc SPL10基因可能参与荔枝不同枝梢状态调控开花时间的过程,其中Lc SPL3和Lc SPL10通过直接靶向荔枝成花素基因Lc FT1来调控开花。Lc SPL6和Lc TFL1可能是荔枝成花的抑制子,Lc SPL6主要在芽中表达并能直接靶向Lc TFL1,在荔枝成花诱导过程中二者表达量均逐渐下降,从而减少了Lc TFL1对Lc FD蛋白的竞争性结合,增加了Lc FT1和Lc FD的结合,最终促进开花。
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