PtFLC转录调控机制及CRISPR在柑橘上的技术体系建立

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柑橘是我国一种非常重要的经济作物,种植面积很广,但8年以上的童期,严重制约了柑橘的育种进程。因此,如何缩短幼龄是果树分子生物学研究的热点和难点。而FLOWERING LOCUS C(FLC)是抑制柑橘开花的关键基因,一般通过抑制FLC的转录及其蛋白质表达水平,从而促进柑橘开花。CRISPR/Cas9在基因编辑技术上已显示出其优越性,并已迅速应用于多种生物体的研究。与TALENS/ZFNs的基因组编辑技术相比,该技术操作简单、敲除效率高、编辑基因准确,大大降低了脱靶的概率。CRISPR/Cas9植物基因敲除已成功应用于几乎所有植物细胞的遗传修饰。但在柑橘中,很少有报道成功使用任何基因组编辑方法。CRISPR的技术体系在柑橘的应用仍然在摸索阶段,不仅是由于转化柑橘的成功率低,更是因为CRISPR在柑橘这个物种中的条件还很不明确,这都导致柑橘中的编辑效率很不理想。本课题以柑橘、拟南芥和烟草为材料,研究FLC的转录调控和CRISPR技术在柑橘上体系建立,主要结果如下:1.本研究找到并证实转录因子PtHB-13对FLC启动子的转录调控作用。通过对酵母单杂交种、酵母双杂交种和双荧光素酶的分析,证实其互作。PtHB-13和PtFLC启动子互作,并且激活PtFLC的转录。PtHB-13是HD-ZIP转录因子家族中的一个基因,将PtHB-13基因融合EGFP进行亚细胞定位,发现该基因定位在细胞核内。2.在拟南芥和烟草中超表达PtHB-13基因,发现超表达PtHB-13的转基因株系(T2代)表现晚花表型,和PtFLC的超表达表型一致。3.对柑橘品种不同组织的PCR定量表达分析表明,PtHB-13在根中表达量最低,而在茎和叶中表达量最高。对柑橘苗进行干旱,低温和盐处理,发现干旱处理和盐处理中的PtHB-13的表达量有差异,而低温处理中的PtHB-13变化不大,说明PtHB-13基因可能对对环境胁迫有响应。4.使用在棉花和大豆等物种中编辑成功的CRISPR载体及技术体系,构建PtFLC的CRISPR载体,对柑橘和伏令夏愈伤组织进行农杆菌诱导的遗传转化。转化后的序列并没有Indel,说明这可能不是柑橘中适用的体系。综上所述,PtHB-13结合在PtFLC启动子上,并激活PtFLC的表达。PtHB-13基因定位在细胞核内,具有转录激活活性,主要集中在植物的茎和叶片中表达。PtHB-13超表达株系为晚花表型,种皮颜色明显比野生型的种皮颜色浅。PtHB-13和PtFLC在干旱条件下的表达模式相同。CRISPR在柑橘上的技术体系建立尚未成功,还需努力提高编辑效率。
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