芒果MiTFL1s基因的克隆与功能研究

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开花是植物生长发育过程中关键的一环,植物的开花受到多个途径的调控。开花抑制基因TERMINAL FLOWER 1(TFL1)是花分生组织特异性基因,在多个物种中发现,可与其他基因相互作用从而调控开花。但是,目前芒果TFL1基因的功能以及调控机制尚未见报道。本研究以一年多次开花结果的‘四季蜜芒’和一年一次开花结果的‘台农一号芒’为主要试验材料,通过分析芒果MiTFL1s基因家族的表达模式、启动子元件、基因功能和筛选互作蛋白等,初步揭示了4个MiTFL1s基因在芒果成花中的功能。结果如下:1、本研究从芒果转录组数据中获得了4个TFL1s同源基因,分别命名MiTFL1-1、MiTFL1-2、MiTFL1-3和MiTFL1-4。并且成功从‘四季蜜芒’和‘台农一号芒’中克隆且得到了4个MiTFL1s基因的DNA及c DNA全长,‘四季蜜芒’的4个MiTFL1s基因的DNA全长分别为1175 bp、1054 bp、962 bp、1299 bp;‘台农一号芒’的4个MiTFL1s基因的DNA全长分别为1175 bp、1054 bp、973 bp、1304 bp。4个MiTFL1s基因在‘四季蜜芒’和‘台农一号芒’中的DNA序列结构均含有4个外显子和3个内含子。两个品种的4个MiTFL1s基因区编码区序列长度相同,分别为:516 bp、525 bp、519 bp、510 bp,分别编码172、175、173、170个氨基酸。MiTFL1-1和MiTFL1-2在两个品种中氨基酸序列完全相同;MiTFL1-3基因有一个氨基酸的差异;MiTFL1-4基因有两个氨基酸的差异。4个基因对应的氨基酸序列都包含区分TFL1蛋白高度保守的关键氨基酸残基His 88、Asp 144,且这4个基因在进化树中均属于TFL1/CEN分支。2、‘四季蜜芒’和‘台农一号芒’的4个MiTFL1s基因的组织表达模式均类似,在茎中表达量最高,在童期的叶片组织中表达量次之,在成熟叶中表达量较低,在花中表达量最低。在芒果叶片中,4个MiTFL1s基因的成花不同发育时期表达模式存在差异,MiTFL1-1、MiTFL1-2和MiTFL1-3基因在成花诱导期和花器官发育末期表达量较高,而在营养生长期、成花诱导末期和开花期表达量较低;而MiTFL1-4在营养生长期和成花诱导末期表达量较高,其他时期表达量较低;并且MiTFL1-2和MiTFL1-3基因在两个品种中的表达模式也存在差异。同时对‘四季蜜芒’一年生嫁接苗喷施激素可影响MiTFL1s基因的表达,喷施赤霉素可促进MiTFL1-1、MiTFL1-3和MiTFL1-4基因在12月21日的表达,喷施多效唑可抑制此时期它们的表达。但是经过赤霉素或多效唑处理后,MiTFL1-2基因表达量在这一时期均降低。3、采用TAIL-PCR法,从‘四季蜜芒’、‘台农一号芒’、‘凯特’、‘金煌’和‘南逗迈’五个品种中克隆并且得到了MiTFL1-2、MiTFL1-3(无南逗迈)和MiTFL1-4基因约1800-2000 bp的启动子序列,同基因品种之间启动子差异较小,而在不同的MiTFL1s基因之间序列差异明显。在‘四季蜜芒’的MiTFL1s基因的启动子中,含有大量的TATA-BOX和CAAT-BOX元件,另外还含有与光相关元件、激素响应元件、逆境相关元件、糖抑制相关元件以及基因结合元件等。4、通过花序浸染法成功获得转基因株系,得到超量表达MiTFL1-1基因的植株为32株、MiTFL1-2基因为68株、MiTFL1-3基因为44株和MiTFL1-4基因为25株。经T3代纯合株系表型鉴定可知:4个MiTFL1s基因过表达后均可以使野生型拟南芥开花时间推迟,MiTFL1-1和MiTFL1-3转基因可使植株的花和茎发生变异。MiTFL1-2推迟开花时间最长,比wild-type(野生型)和转p BI121空载植株晚6-11天左右,其次是MiTFL1-3推迟4-10天左右,接下来是MiTFL1-1推迟4-8天左右,最后是MiTFL1-4推迟2-5天左右。5、通过酵母双杂交技术筛选4个MiTFL1s基因的互作蛋白,MiTFL1-1蛋白得到了47个候选蛋白;MiTFL1-2蛋白得到了46个;MiTFL1-3蛋白得到了21个;MiTFL1-4蛋白得到了16个。通过分析这些候选蛋白的作用及功能后,选择出现次数较多或与开花、逆境相关的38个候选蛋白进行后续验证,其中MiTFL1-1相关候选蛋白有13个;MiTFL1-2有16个;MiTFL1-3有6个;MiTFL1-4有3个。通过一对一互作验证得到16个与4个MiTFL1s蛋白互作的蛋白,它们可与一个或多个MiTFL1s相互作用。其中与MiTFL1-1互作的蛋白共有9个;与MiTFL1-2互作的蛋白共有7个;与MiTFL1-3互作的蛋白共有6个;与MiTFL1-4互作的蛋白共有7个。
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