烟草BR信号通路与成花相关基因在花芽分化响应苗期低温中的表达分析

发布时间：2020-04-20 06:39

【摘要】：烟草(Nicotiana tabacum L.)苗期受到持续低温胁迫容易发生早花,进而导致烟草有效叶片数减少,这不仅影响烟草的长势,更影响其产量和品质。探究苗期低温导致早花的相关分子机理显得尤为迫切。本研究从油菜素内酯信号转导途径和花发育两个生物学途径角度,以油菜素内酯信号转导途径和花发育相关基因为切入点,检测茎尖发育动态观察和相关基因在茎尖中相对表达量,深入探究苗期低温处理对植株花芽分化时间和现蕾时间的影响以及具体的分子机理。主要研究结果如下:一、GO注释分析与BINGO富集分析通过对油菜素内酯信号转导途径相关基因和成花相关基因之间的GO功能注释分析与BINGO富集分析,发现油菜素内酯信号转导途径与花发育相关基因之间存在显著相关性。油菜素内酯信号转导途径与花发育相关的生物学途径富集结果均指向BRI1与SVP基因。SVP基因在沟通BR信号转导途经与花发育途径之间可能起到关键性作用。二、苗期低温对花芽分化及现蕾期的影响研究选用花芽分化响应苗期低温敏感性存在差异的烤烟材料遵烟6号和LM4,利用体式显微镜观察二者苗期低温诱导处理后以及常温对照处理的茎尖分生组织的动态花芽分化过程。结果表明:在6片叶时期对遵烟6号和LM4进行12℃、10天的低温处理可以使烟株开始发生花芽分化起始的时间分别提前5天和3天。同时遵烟6号与LM4低温处理的茎尖花芽分化整个阶段比常温处理分别延迟4天和2天;现蕾期到植株中心花开放时间分别比常温处理延迟4天和1天。遵烟6号与LM4低温处理植株有效叶数比常温处理植株分别少6.8片和2.8片叶。苗期低温会促进遵烟6号和LM4的花芽分化起始提前,叶原基及叶片数减少,但遵烟6号和LM4的花芽分化进程却因此减缓,随后生殖生长进程减慢,乃至于现蕾期、中心花开放期随之延迟。说明低温处理的烟株花及花序发育时间比常温处理可能延迟,苗期持续低温会阻碍烟株花发育的进程,延长生殖生长过程。遵烟6号花芽分化起始响应苗期低温诱导较LM4更敏感,低温处理的遵烟6号较常温处理叶片数减少数量高于LM4。三、苗期低温对花芽分化期间相关基因表达的影响以遵烟6号和LM4为材料,在不同温度处理条件下,对NtBRI1、NtBSK3、NtSVP和NtFLC基因在花芽分化阶段定量分析的结果表明:NtBRI1与NtBSK3基因表达量的上调可能与NtSVP基因的上调有直接关系。同时BR信号的激活与延迟茎尖花芽分化阶段的发育可能有直接关系。普通烟草花芽分化响应苗期低温诱导与BR信号通路之间存在一定关联,苗期持续一段时间的低温会增强BR信号通路,可能减少NtSVP和NtFLC的表达量,从而减少二基因对花芽分化起始的抑制作用,从而诱使花芽分化提前。花芽分化响应苗期低温诱导的敏感性与NtBRI1、NtBSK3表达的增强、NtSVP和NtFLC的减少程度有关。四、BR信号转导途经对开花建成相关基因表达的影响通过对遵烟6号和LM4材料6片叶时期喷施外源BR激素,探究BR信号对NtSVP和NtFLC基因表达的影响。在外源BR激素喷施3小时-15小时内,基因NtBRI1、NtBSK3和NtSVP就呈现表达量上调的趋势。基因NtBRI1与NtBSK3同时响应了BR激素的刺激,在同一时间段达到表达峰值,而NtSVP基因的表达峰值晚于NtBRI1与NtBSK3基因的表达峰值,推迟了3个小时。说明NtBRI1、NtBSK3基因与NtSVP基因在时间上可能存在协同关系。同时也存在这样一种可能性,即NtSVP基因在BR信号传导的下游发挥作用。遵烟6号响应外源BR激素较LM4迅速。LM4和遵烟6号在外源BR激素刺激后基因NtSVP的响应速度一致。另外,两个材料茎尖中NtFLC基因在外源BR激素喷施的第33小时呈现明显的上调。说明外源BR激素的刺激可能会直接影响植株茎尖中NtFLC基因的表达量,而且是正相关的关系。据此推测:植株茎尖中BR信号的激活可能是NtSVP和NtFLC基因表达上调的原因。BR信号相关基因(NtBRI1、NtBSK3)与NtSVP以及NtFLC基因表达之间存在时间上的协同性。NtSVP基因可能有联系BR信号与NtFLC基因的“桥梁”作用,共同影响植株营养生长与生殖生长的发育进程。
【图文】：

序列,MADS-box基因,结构域,植物

第一章文献综述织特异性，如 APETALA1（AP1）、APETALA3（AP3）[40-41]。这些基因编码的转录因子以二聚体或多聚体的形式与特定的 DNA 序列结合实现对花发育过程直接或间接的调控。因此，研究 MIKC 型 MADS-box 蛋白之间的相互作用机理对进一步探究植物茎尖花芽分化阶段机理具有指导意义。

分子机制,基因对,拟南芥

第一章文献综述在幼叶中调节 FT 基因的表达。SVP 基因位于自动途径 FCA、FVE 基因下游达受光照、温度等因素的影响，其功能是维持营养生长，能够抑制成花但不光周期和春化作用对成花时间的影响。基因参与花分生组织的形成，影响开径中的整合因子 FT、SOC1、FLC 表达[81]。植物开花调控是一个很复杂的调控系统，不仅有时间上的延续性，包括营长与生殖生长的过渡时期，以及花建成时期的花芽分化阶段，和随后花的生育阶段而且在空间上也有着密切联系，包括激素的运输以及不同激素之间的作用等等，，如果在涉及到基因之间的调控关系更是气象万千。因此这种在不物中表达模式上存在相反的结果不仅仅是 SVP 单类基因所能决定的，势必存他类基因的调控机制。不同类别基因在不同植物模式下组成不同的调控网络着植物开花的进程。以不同调控网络为切入点、以烟草为模式植物深入探究基因调控机制是如何相互联系进而调控植物开花时间，是为试验指明了方向
【学位授予单位】：西南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S572

【参考文献】