赤霉素在月季开花中的作用机制

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月季(Rosa hybrida)是世界四大切花之一,也是中国传统十大名花之一,被誉为“花中皇后”,属蔷薇科蔷薇属,是常绿、半常绿低矮灌木,四季均可开花。月季在我国深受群众喜爱,广泛种植于全国各地。但是在月季生产栽培过程中也存在生产周期较长、经济效益低等问题,如何改善月季的栽培措施,缩短生产周期,提高其经济效益,成为一个亟待研究的问题。赤霉素(gibberellin,GA)是一种植物生长调节剂,在植物生长发育的各阶段都具有重要的调控作用,最突出的生理效应是促进茎的伸长和诱导植物抽薹开花。GA对不同植物开花的作用有所不同,对于模式植物拟南芥及一些草本植物如矢车菊、乌塌菜、芍药等一般认为GA具有促进开花的作用,但对于苹果等多年生果树则认为GA是抑制成花的。在拟南芥中GA调控开花的分子机制已经研究的较为成熟,但在木本植物中的作用机制鲜有研究。因此,探索GA处理对月季开花的影响并解析其作用机制是非常必要的。本研究通过生理学分析及遗传学验证等手段,确定了 GA在月季成花诱导中的功能。1.为了验证GA在月季成花诱导中的功能,本实验使用50μM的GA对月季进行外源喷施。结果表明,外源喷施GA可以使月季开花时间显著提前,同时使用实时荧光定量PCR检测下游成花基因表达量,发现开花基因表达量均显著上升,初步确定了 GA在月季成花诱导过程中具有积极的作用。2.为了进一步验证GA途径各相关基因在月季开花中的功能,本实验克隆了 GA信号的抑制因子RcSPY、GA受体RcGID和下游负调控因子DELLA蛋白家族基因Rc GAI。根据RcSPY和RcGID的保守序列分别构建RNAi载体后利用病毒诱导的基因沉默技术(virus induced gene silencing,VIGS)侵染月季,并获得RcSPY与RcGID 沉默株系。同时构建RcGID和RcGAI过表达载体,利用转基因技术异源转化拟南芥并获得转基因株系。结果表明,在月季中沉默RcSPY的株系比对照提前开花,而沉默R cGID的株系与对照相比延迟开花;在拟南芥中过表达RcGID的转基因株系与对照相比提前开花,过表达RcGAI的株系均比对照延迟开花。以上两种结果说明RcSPY、R cGID及RcGAI在GA信号转导途径中都发挥了重要作用。因此,和模式拟南芥中一样,GA在月季中也具有促进开花的作用。3.为了进一步探究GA途径诱导开花的分子机制,本试验聚焦于GA信号转导的关键抑制因子RcGAI,通过蛋白互作实验说明RcGAI可与RcGID互作来调控下游基因。通过启动子绑定实验发现RcCO可以绑定RcFT,而RcGAI可通过与RcCO互作抑制RcFT与RcCO结合,通过外源喷施GA可以部分解除这种抑制,从而促进RcCO与RcFT的绑定,说明GA可以通过降解RcGAI蛋白从而诱导月季开花,从分子水平初步揭示了GA促进月季开花的原因。4.为了初步探索GA诱导开花与年龄途径之间的关系,将年龄途径中miR156的靶基因RcSPL3的启动子融合LUC报告基因后瞬时转化烟草叶片,发现喷施GA对pRcSPL3:LUC的表达具有正调控作用,说明GA诱导月季开花可能还与年龄途径相关。
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