【摘 要】
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金花茶组(Sect.Chrysanthae)植物具有很高的观赏价值,大多数金花茶组植物每年单次开花,而四季金花茶(Camellia perpetua)每年多次开花。为探究四季金花茶(C.perpetua)和金花茶(C.petelotii)成花机制的差异,本文首先对两种金花茶不同季节的花芽分化及开花特性进行了比较;通过转录组学分析四季金花茶花芽分化高峰期和低谷期的顶芽及花芽的差异表达基因,并对Cpe
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金花茶组(Sect.Chrysanthae)植物具有很高的观赏价值,大多数金花茶组植物每年单次开花,而四季金花茶(Camellia perpetua)每年多次开花。为探究四季金花茶(C.perpetua)和金花茶(C.petelotii)成花机制的差异,本文首先对两种金花茶不同季节的花芽分化及开花特性进行了比较;通过转录组学分析四季金花茶花芽分化高峰期和低谷期的顶芽及花芽的差异表达基因,并对Cper CEN1基因进行功能研究;通过GA3等植物激素处理两种金花茶的顶芽,比较不同激素对两种金花茶顶芽的休眠及生长发育的影响;克隆两种金花茶FT基因和启动子并转化拟南芥,分析比较两种金花茶FT的功能,探讨FT与两种金花茶成花习性差异的关系。获得以下研究结果:(1)统计两种金花茶一年至多年生枝的花芽着生情况,发现两种金花茶大部分的花芽着生于一年生枝条上,四季金花茶花芽主要着生于顶芽基部,由顶芽基部鳞片的腋芽分化形成,金花茶当年生枝条均有花芽形成,顶芽基部鳞片虽有腋芽,但不可以分化成花芽。对两种金花茶顶芽和花芽进行解剖、石蜡切片和扫描电镜观察,结果显示两种金花茶不同时期的顶芽的顶端分生组织以及分化起始阶段的花芽的花原基、苞片原基形态均无明显差异,暗示两种金花茶成花习性的差异可能是有成花诱导引起的。(2)对四季金花茶花芽分化高峰期(3月)和低谷期(9月)的顶芽与花芽进行比较转录组学研究,筛选得到11 067个显著差异表达的基因,其中628个基因在花芽中特异性表达,另有151个基因在花芽中特异性上调表达。通过KEGG和GO富集分析,差异基因主要集中在淀粉蔗糖代谢、植物激素合成代谢以及信号传导等通路上,共鉴定了37个成花诱导相关的功能基因。对PEBP家族基因的表达模式分析发现,四季金花茶Cper CEN1在3月和9月的顶芽中差异显著表达,而金花茶Cpet CEN1在顶芽中几乎没有表达。进一步研究发现,两种金花茶CEN1基因组序列完整,未存在功能缺失的情况,过表达四季金花茶Cper CEN1导致拟南芥推迟开花,并影响花序发育,说明两种金花茶成花机制的差异不是由于CEN1引起的,四季金花茶存在独特的成花诱导机制。(3)通过GA3、PAC、生长素、6-BA、玉米素、反式玉米素和乙烯利等激素处理两种金花茶的顶芽,比较不同激素对两种金花茶顶芽的休眠、生长以及花芽分化的影响。结果发现,四季金花茶盛花期后,GA3(200 mg/L)处理均促进两种金花茶的顶芽提前抽稍,而冬季不同激素处理的顶芽均未出现抽稍等现象。在冬季将两种金花茶移入温室中生长(平均温度比自然环境高约10°C),诱导四季金花茶提前进行花芽分化,同样条件下用PAC处理会抑制成花,测定结果发现可溶性糖含量与成花关系密切。(4)四季金花茶Cper FT和金花茶Cpet FT基因序列中均包含4个外显子与3个内含子;FT同源基因核苷酸序列相似度高达91%,氨基酸序列仅存在1位的氨基酸差异且不是功能位点。克隆两种金花茶FT基因上游2.5 kb序列,相似度为98%。为比较两种金花茶FT表达特性和功能特性,构建Cper FTpro::GUS和Cpet FTpro::GUS、35S::Cper FT、g Cper FT和g Cpet FT 5个表达载体,分别转化拟南芥Col-0和ft-10。结果显示,35S::Cper FT促进拟南芥极早开花,且可以回补ft-10;Cper FTpro::GUS和Cpet FTpro::GUS转化拟南芥Col-0,在叶片、花序、花朵和角果中均有表达,但无明显的表达模式差异。g Cper FT和g Cpet FT回补ft-10没回补成功,但产生抽双薹的新表型。四季金花茶成花素基因FT是否和金花茶存在差异,是否直接参与其多次开花,仍需进一步研究。
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