小桐子(Jatropha curcas)FT/TFL1基因家族成员的克隆与功能分析

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开花是高等植物发育过程中最重要的阶段之一。在分子水平上,植物中编码磷脂酰乙醇胺结合蛋白的FT/TFL1基因家族在成花转变中起着重要作用,它们能促进或抑制植物的成花转变。小桐子(Jatropha curcas)属于大戟科,为多年生木本植物,其种子油是加工生产生物燃油的优质原料。然而,小桐子开花习性不稳定,导致种子产量低,从而不能满足工业化生产的需要。对小桐子FT/TFL1基因家族进行克隆和功能分析,明确其在小桐子开花调控网络中的功能,将有助于阐明小桐子的开花分子机理,为小桐子高产优良品种的转基因育种奠定基础。本研究的主要结果如下:  1.小桐子FT/TFL1基因家族共有6个成员,分别命名为JcF、JcTFL1a、JcTFL1b、JcTFL1c、JcMFT1和JcMFT2。所有成员具有保守的基因结构,均为4个外显子和3个内含子,且第2个和第3个外显子的长度高度保守,分别为62 bp和41 bp。与其他植物同源基因的序列比对和进化树分析表明,这6个成员分属于3个不同的亚家族:JcFT属于FT亚家族;JcTFL1a、JcTFL1b和JcTFL1c属于TFL1亚家族;JcMFT1和JcMFT2则属于MFT亚家族。  2.对6个基因的表达特性进行分析发现,它们的时空表达具有一定的差异性。JcFT主要在生殖器官中表达,如花、幼果、种子。JcTFL1a和JcTFL1c主要在童期植株的根中表达,而JcTFL1b则主要在成年期植株的茎和幼果中表达。JcMFT1和JcMFT2主要在幼果中表达。这些基因的表达差异说明它们可能在小桐子的发育过程中起着多重作用。  3.为了研究小桐子FT/TFL1基因家族成员的功能,我们构建了这些基因的植物超量表达载体,并将这些载体进行拟南芥转化。分别用组成型启动子CaMV35S和韧皮部特异性启动子拟南芥SUC2超量表达JcFT的转基因拟南芥表现出极端早花,同时也能互补拟南芥ft-10突变体的晚花表型。超量表达JcTFL1b或JcTFL1c的转基因拟南芥营养生长阶段延长,成花转变延迟,且花序和角果的发育也发生异常。另外,超量表达JcMFT类基因或JcTFL1a并未造成转基因拟南芥开花时间变化及其他可见的生长发育变化。  4.用CaMV35S驱动JcFT超量表达的转基因小桐子在组培阶段就表现极端早花。在培养7周后,农杆菌转化的转基因愈伤上直接产生花芽。由于我们没有获得小桐子35S∷JcFT转基因植株,所以我们使用SUC2启动子驱动JcFT的表达,通过嫁接的方式我们获得了SUC2∷JcFT转基因植株再生苗。SUC2∷JcFT转基因植株也表现出早花表型。超量表达JcTFL1类基因的转基因小桐子营养生长期延长,成花转变延迟。而超量表达JcMFT类基因的转基因小桐子的开花时间并未受明显影响,且雌雄花比例也未受明显影响。  5.JcTFL1b RNAi转基因小桐子表现出适度早花,进一步的表型正在观察中。  根据以上结果,我们可以推导出以下结论:小桐子JcFT是其开花促进因子,而JcTFL1类基因则是开花抑制因子,JcMFT类基因可能并不参与小桐子的开花调控。
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