PdSPLs基因对紫牡丹幼年期向成年期转变的影响

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牡丹(Paeonia suffruticosa)原产中国,在我国具有悠久的栽培历史和深厚的文化底蕴。但幼年期长一直是牡丹杂交育种工作的瓶颈。本研究以紫牡丹(Paeonia delavayi Franch.)为实验材料,分别从形态、生理及分子等方面来探讨其由幼年期向成年期转变,以期为加快牡丹育种进程提供理论依据。主要实验结果如下:1.通过对不同株龄植株的形态(株高、冠幅、叶长、叶宽、叶柄长和叶面积)和生理(叶绿素、可溶性糖、淀粉和可溶性蛋白含量)等多个指标进行分析,结果表明:株高和冠幅随着植株的生长,呈现逐年增加的趋势;叶长、叶宽、叶面积、可溶性糖和淀粉含量在1年生植株显著低于2年生和3年生植株。而叶绿素和可溶性蛋白含量则是随着株龄的增加,呈现逐渐下降的趋势。花芽分化切片观察结果表明,1年生植株保持营养生长,不能进行花芽分化;2和3年生植株能进行花芽分化。因此,植株高度和叶面积可以作为紫牡丹幼年期向成年期转变的主要形态指标;推测紫牡丹幼年期向成年期的转变主要发生在第2年的生长过程中。2.克隆得到SPL(SQUAMOSA promoter binding protein-like)转录因子家族的Pd SPL9、Pd SPL12和Pd SPL13基因,其开放阅读框(ORF)分别为1125 bp、1404 bp和1086 bp,分别编码374,467和361个氨基酸。NCBI网站蛋白比对分析发现,克隆得到的3个基因的氨基酸序列与其他物种中已克隆SPL9、SPL12和SPL13同源蛋白具有较高的同源性。进一步的氨基酸序列比对发现,3个氨基酸序列都具有SPL基因家族保守结构域SBP-domain,Pd SPL9和Pd SPL13具有Pdmi R156a结合位点,受到Pdmi R156a的调控;而Pd SPL12不具有Pdmi R156a结合位点。3.组织器官和不同株龄紫牡丹材料(芽)的表达分析结果表明,Pd SPL9在芽中表达量最高,种子次之,根中表达量最低,在1、2和3年生植株芽中表达量显著上升,在成年植株不同节位芽中,第1侧芽中显著高于第2和第3侧芽;Pd SPL12广泛存在于紫牡丹各个组织中,在不同株龄紫牡丹中的表达趋势与Pd SPL9相似;Pd SPL13仅在芽中表达,在种子、根、茎和叶中表达量极低;Pd SPL9上游基因Pdmi R156a表达分析表明,在1年生紫牡丹芽中表达最高,随着紫牡丹株龄的增加,其表达量显著降低;而其下游基因Pdmi R172d和Pd LFY的表达模式与Pdmi R156a呈现相反的趋势。而下游基因Pd SOC1的表达基本保持不变。因此推测Pd SPL9可能调控紫牡丹幼年期向成年期的转变。进一步推测Pd SPL9主要是通过调控Pd LFY的表达,进而调控紫牡丹幼年期向成年期的转变及成花。4.通过拟南芥遗传转化鉴定Pd SPL9的功能,表型分析表明,过表达Pd SPL9可以减少拟南芥莲座叶的形成,促进拟南芥幼年期向成年期的转变、抽苔和开花。进一步分析发现,Pd SPL9可以促进拟南芥中At SOC1和At LFY的表达。因此,进一步证实了Pd SPL9主要是通过调控Pd LFY的表达,进而调控紫牡丹幼年期向成年期的转变及成花。
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