乌塌菜BcFLC1点突变调控抽薹功能的分析

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抽薹开花是十字花科作物从营养生长转向生殖生长的关键阶段。乌塌菜(Brassica campestris L.ssp. chinensis var. rosularis)作为普通白菜的一个变种,在江淮流域秋冬季节广泛栽培,但生产上先期抽薹现象较多,严重影响了产量和品质。培育晚抽薹品种是解决这一问题的根本途径。因此,研究乌塌菜耐抽薹调控机理,对解决先期抽薹,开展耐抽薹育种具有非常重要的意义。以乌塌菜耐抽薹特异材料W13-2与其同系早抽薹材料W13-1为试材(抽薹开花时间相差约100d),分别克隆出抽薹开花相关基因,并进行生物信息学分析。利用荧光定量PCR技术,分析BcFLC1、SVP、SOC1及FT的表达模式。构建酵母表达载体及植物表达载体,进行酵母双杂交分析点突变影响FLC-SVP二聚体的聚合,以及转基因验证点突变影响抽薹的功能。结果发现,无论春化与否,W13-2植株均表现为晚抽薹,且春化时间越短,晚抽薹植株越多。遗传分析发现,正反交F1代植株、F1代与W13-1回交后代植株均表现为早抽薹;而F1代与W13-2回交,植株早抽薹与晚抽薹数量比约为1︰1;F2代群体中早抽薹与晚抽薹植株分离比约为3︰1,表明该抽薹性状的改变可能是由一个单隐性基因控制的,且可能为春化途径的关键基因。分别从W13-1、W13-2中克隆出自主途径与春化途径关键基因以及成花整合因子,序列比对发现FLC1蛋白序列K3区域内第174位亲水氨基酸Thr突变成疏水氨基酸Ala,分别命名为Bc FLC1-174T、BcFLC1-174A(BcFLC1Δ)。该基因为MADS-box基因,且与白菜FLCs基因亲缘关系最近。荧光定量PCR技术分析BcFLC1的表达特征,该基因随着乌塌菜植株的生长,表达量逐渐降低,但W13-2植株的表达量显著高于W13-1;分析乌塌菜成株期SVP、FRI、FT、SOC1基因的表达情况,SVP、FRI差异不显著,FT、SOC1表达量均显著高于W13-2植株。因此,BcFLC1在W13-2与W13-1中的差异表达,与其上游调控基因FRI无关;其基因点突变可能影响成花整合因子的表达。酵母双杂技术及酵母融合菌β–半乳糖苷酶活性测定分析BcFLC1点突变对FLC1-SVP二聚体结合发现,BcFLC1点突变未完全破坏FLC1与SVP互作,但FLC1-SVP二聚体结合强度显著降低。将BcFLC1-174T、BcFLC1-174A分别遗传转化拟南芥,表型分析发现,35S::BcFLC1-174A株系抽薹时间延迟且叶片数增多;荧光定量PCR结果显示,与野生型植株相比,转基因植株中FT、SOC1基因表达量显著降低,且35S::BcFLC1-174A转基因株系的表达量最低。因此,BcFLC1基因点突变可影响FLC-SVP二聚体的聚合,继而影响下游成花整合因子FT、SOC1的表达,最终导致乌塌菜耐抽薹特异材料W13-2抽薹延迟。
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