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百合是重要的商品花卉,缩短繁育周期,培育“早熟开花”新品种是百合育种的重要方向。新铁炮百合(Lilium ×formolongi)具有播种一年开花的“早熟开花”特性,使其成为早花育种的重要亲本和百合成花调控机理研究的重要材料。本研究以新铁炮百合为亲本,通过减数分裂多倍化途径和有丝分裂多倍化途径构建了回交一代(BC1)群体,对远缘杂交中存在的杂交障碍进行了鉴定和克服,利用基因组原位杂交(GISH)技术对其开花性状和染色体传递规律进行分析。在确定不同杂种系百合花芽分化关键时期的基础上,对新铁炮百合及其它杂种系百合品种中开花整合因子FLOWERING LOCUST(FT)基因家族成员进行了克隆和生物信息学分析,比较在不同品种中的时空表达规律,并对其功能进行分析。本研究对百合早花新品种培育及成花调控机制的研究具有重要的理论和应用价值。主要研究结果如下:(1)新铁炮百合更适宜作为母本与东方百合品种进行远缘杂交,且与东方百合杂种系品种’Sorbonne’、’Muscadet’杂交亲和性更高。为构建BC1群体,利用FO和FA杂种一代分别与东方百合和亚洲百合及新铁炮百合进行回交:在FO型回交组合中,’回归’和’红晕’与东方百合杂种系品种亲和性相对较高,更适宜用作杂交母本;而FA型百合’骄阳’与亚洲百合亲和性普遍较低;新铁炮百合与各FO/FA型百合杂交亲和性均较低。相较于二倍体FO型百合’回归’,其体细胞加倍异源四倍体FFOO型百合’7-4’作为杂交亲本能够获得更多的杂种后代,但作为母本和父本时具有不同的效应,作母本时存在强烈的识别反应,花粉在柱头上几乎不萌发,该异源四倍体更适宜作为父本进行杂交育种。(2)新铁炮百合’Raizan 3’与异源四倍体’7-4’的回交后代抽葶和开花时间显著早于其它组合后代,0.8cm组培球265天即可开花;’Sorbonne’ X ’7-4’的回交后代虽然未能在一年内开花,但基生叶数量、叶片长度、叶片宽度显著大于减数分裂多倍化途径后代。染色体组成分析结果表明,远缘杂种F1 ’回归’可以产生介于n到2n之间的有活性的整倍体配子和非整倍体配子,回交后代为介于二倍体到三倍体之间的整倍体或非整倍体,且发生了染色体重组。因此,有丝分裂多倍化途径杂种后代较减数分裂多倍化途径杂种后代在生长发育情况上优势显著,更好的继承了新铁炮百合“早熟开花”特性。但是,减数分裂多倍化可以实现染色体的交叉互换,有利于基因渐渗育种。(3)确定了不同百合品种花芽分化各时期的关键时间节点,根据成花转变期的时间分为定植前花芽分化型和定植后花芽分化型两种类型。东方百合杂种系品种’ Sorbonne ’、亚洲百合杂种系品种’ Tresor ’ 以及盆栽亚洲百合品种 ’ Tiny Ghost’、’Tiny Todd’、’Tiny Dino’,在冷藏期2-6周即进入成花转变期,为定植前花芽分化型。而FO型百合品种’回归’、FA型百合品种’骄阳’以及麝香百合杂种系品种’White Heaven’在定植后4-6周才相继开始花芽分化过程,为定植后花芽分化型。(4)利用RACE技术在新铁炮百合中鉴定得到了 3个LfFT基因家族成员的编码区全长,并在不同杂种系百合品种’回归’、’骄阳’、’White Heaven’、’Sorbonne’、’Tresor’、’Tiny Todd’中进行同源克隆,序列比对分析结果证明不同百合品种中FT基因家族成员编码区序列完全一致。根据FT基因家族成员的蛋白质系统进化关系及保守结构域序列,确定百合中鉴定获得的3个FT基因均属于PEBP蛋白家族的FT-like亚家族,FT1基因与拟南芥等植物中具有促进成花功能的FT基因同源性最高,而FT2基因的保守蛋白结构域序列发生了较多变异。(5)对新铁炮百合实生苗中FT基因时空表达模式进行了分析。LfFT1在叶片及鳞片中均在成花诱导期出现表达高峰,且随着LfFT1上调表达,茎尖中LfAP1和LfSOC表达量不断增加;LfFT2在鳞片中表达量较高;LfFT3虽然在叶片中与LfFT1呈现相似的表达模式,但在成花诱导期前表达量已出现下降趋势。因此,LfFT1在新铁炮成花诱导过程中发挥重要促进作用,LfFT2可能与新铁炮百合鳞茎发生相关,LfFT3可能参与新铁炮百合成花过程。(6)对不同品种百合中FT基因在不同器官不同发育时期的表达模式进行了分析。在FO型百合品种’回归’、FA型百合品种’骄阳’和东方百合杂种系品种’Sorbonne’中,FT1在成花转变期的茎尖中出现表达高峰,而在亚洲百合杂种系品种’Tresor’的成花转变期,FT3在茎尖中出现表达高峰;FT2在FO型百合品种’回归’、东方百合杂种系品种’Sorbonne’和亚洲百合杂种系品种’Tresor’的鳞片中均在成花转变后的花原基分化期开始上调表达,而在茎尖和叶片中主要在未分化期、花序形成期和花期高表达。回交一代Q1-16鱗茎分化生长过程中,FT2在鳞片分化形成丛生小鳞茎时出现表达高峰,在鳞茎生长期逐渐下调表达,FT1在鳞片分化过程中表达量较低,而在鳞茎生长期逐渐上调表达。因此,FT基因可以直接在百合种球的茎尖中转录表达,进而诱导成花,在不同百合品种中FT1和FT3分别在成花诱导中发挥促进作用,而鳞茎发育过程中,FT2可能参与小鳞茎的分化形成,FT1可能促进鳞茎的生长。(7)通过转化拟南芥对LfFTs基因功能进行验证,转LfFT1转基因株系的平均抽葶时间及开花时间都显著早于野生型拟南芥,莲座叶数量也显著少于野生型拟南芥;LfFT3的转基因株系的平均抽葶时间及开花时间略早于野生型,差异不显著,但其莲座叶数量显著少于野生型拟南芥;LfFT2的转基因株系平均抽葶时间、开花时间以及莲座叶数量都与野生型拟南芥差异不显著。因此LfFT1和LfFT3基因都能够促进拟南芥提前开花,并且LfFT1促进开花效果更明显,是百合成花诱导的重要促进因子。LfFT2对拟南芥开花无显著影响,其在百合成花诱导及鳞茎形成中的功能还需进一步研究证明。