大豆生育期新基因E9的发现及FT/TFL互作蛋白的功能研究

来源 :中国科学院研究生院(东北地理与农业生态研究所) | 被引量 : 5次 | 上传用户:fdsasdfds
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(一)大豆的生育期是由控制大豆开花期和成熟期的主效基因及数量性状位点(Quantitative Trait Loci,QTLs)决定的,这些基因(QTLs)中丰富的遗传变异导致了大豆的广适应性,克隆控制大豆生育期的新基因并解析它们起作用的分子机理对于提高大豆产量具有非常重要的意义。本研究在栽培大豆(Tokei780,晚花表型)和野生大豆(Hidaka4,早花表型)的永久群体中发现了一个控制大豆开花期和成熟期的新基因。通过亲本Tokei780与2个早花表型的重组自交系(RILs)后代(TH03,TH85)的回交,得到了Tokei780×TH03和Tokei780×TH85这2个回交群体,这2个群体F2,F3后代的分离比率表明早花表型是由一个单显性基因控制的,该基因被美国大豆遗传学会命名为E9。E9随后被精细定位到大豆基因组16号染色体上,介于M5和M7之间245kb区间内。其中分子标记ID1的等位变异类型与群体F2后代的开花期及成熟期变化显著相关,表明了ID1为E9基因的紧密连锁标记。该新基因(E9)的精细定位及连锁标记(ID1)的开发对于高纬度地区大豆的稳产及早熟品种的分子标记辅助育种具有理论和实际意义。(二)FLOWERING LOCUS T(FT)是拟南芥各种开花调控途径中非常关键的一个开花整合因子,目前在许多物种中分离到FT同源基因,过表达这些FT同源基因导致的早花表型不受光周期反应的影响。TERMINAL FLOWER1(TFL1)与FT都属于植物PEBP家族基因,TFL1与FT同源性非常高,但功能却不同,在模式植物拟南芥中,TFL1基因是开花抑制因子,除此之外,TFL1还控制拟南芥的生长习性(有限生长习性,无限生长习性)。目前在大豆中分离到了控制大豆开花期和结荚习性的FT/TFL1同源基因(GmFT2a、GmFT5a、GmFT4和GmTFL1b),GmFT2a和GmFT5a相互协作参与调控大豆开花的光周期反应,是大豆开花的促进因子;GmFT4受到生育期基因E1的诱导,过表达GmFT4的拟南芥植株开花延迟,GmFT4是大豆开花的抑制因子;GmTFL1b参与控制大豆的结荚习性和开花期,也是大豆开花的抑制因子。然而大豆FT/TFL1蛋白起作用的分子机制是未知的,TFL1蛋白和FT蛋白都需要与FD蛋白结合才能发挥作用。本研究通过从大豆中鉴定和克隆FD基因并解析其功能,对于阐明TFL1与FT基因调控大豆结荚习性与开花期的分子机理是至关重要的。主要的研究结果如下:本研究通过在大豆品种Willams82中过表达大豆FT同源基因(GmFT2a和GmFT5a),发现转基因大豆株系(#2-1-1,#5-1)开花期明显提前,说明了GmFT2a和GmFT5a能够促进大豆开花,在大豆遗传背景中验证了它们的功能。通过RT-PCR和qRT-PCR分析,我们发现GmFT2a上调GmAP1(a-c)、GmSCO1(a、b)、GmLFY2和GmFDL19的表达,抑制GmFT4的表达;GmFT5a只上调GmAP1(a-c)和GmSOC1b的表达,抑制GmFT4的表达;GmFT2a和GmFT5a之间不相互调控,表明GmFT2a和GmFT5a相互独立并且冗余地上调大豆成花相关基因(Flowering related genes:GmAP1、GmSCO1、GmLFY、GmFT4和GmFDL19)。通过对H-Dt1/H-dt1近等基因系材料的qRT-PCR分析,发现GmTFL1b在生长点抑制GmAP1(a-c)和GmLFY2的表达,表明GmTFL1b可能通过调控GmAP1和GmLFY2来延迟开花和控制结荚习性。用拟南芥FD蛋白BLAST大豆基因组找到了18个大豆FD候选基因(GmFDLs),RT-PCR结果表明,在短日照条件下,7个FD同源基因在大豆叶片和生长点持续表达。通过酵母双杂交和双分子荧光互补的方法鉴定并确认了3个与大豆FT/TFL1互作的bZIP转录因子(GmFDL06、GmFDL12和GmFDL19)。GmFDL19可以与GmFT2a和GmFT5a相互作用,过表达GmFDL19的转基因大豆株系(#12-1)在长日照条件下开花提前,GmFDL19同样可以上调大豆成花相关基因的表达,并且GmFDL19受到GmFT2a的上调表达,说明GmFDL19参与到GmFT2a和GmFT5a调控大豆开花的光周期途径中。体外的凝胶阻遏实验(EMSA)表明GmFDL19可以特异结合GmAP1a启动子中的ACGT顺式作用元件,说明GmFDL19可能通过上调GmAP1a基因表达来诱导开花。总结了GmFT2a和GmFT5a调控大豆开花的光周期反应途径(soybean flowering pathway)。
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