GhFPF1调控棉花株型及根系发育的分子机制研究

发布时间：2020-07-07 23:16

【摘要】：棉花作为主要的纺织纤维和油料种子作物,是一种重要的经济作物。我国当前土地资源紧张,棉花种植面积锐减,培育短季棉品种,实现麦棉两熟是解决这一问题的重要途径。开花是植物从营养生长进入生殖生长的重要转变过程,作物的早熟性与开花密切相关,所以了解和掌握作物开花规律从而调控这一过程对于提高棉花的早熟性有重要意义。开花促进因子基因FLOWERING PROMOTING FACTOR 1(FPF1)于1997年从拟南芥中克隆出来,经光周期诱导后,它在茎尖分生组织中的表达量迅速上调,对拟南芥开花时间起到正调控的作用,在其他作物如烟草中也证实其促进开花这一功能,但对于其调控开花时间的信号通路,目前还不清楚。本研究从陆地棉中克隆得到了GhFPF1,对其进行生物信息学分析,表达模式分析以及转拟南芥等试验对其功能进行了深入研究。根据实验室原有研究结果,对转GhFPF1基因棉花进行了功能研究,初步明确了其在棉花中的作用,试验结果如下:1、以拟南芥中FPF1基因为参考序列在二倍体雷蒙德氏棉和亚洲棉数据库中分别比对得到六条蛋白质相似度比较高的序列。将这些序列于核酸和氨基酸水平在两个二倍体棉种间进行对比分析发现:六个基因的核酸序列均有不同程度的差异,相似度在84%-99%之间;有两个基因的氨基酸序列在两个物种中是完全相同的;其中五个基因含有较高的同义突变,这可能是由于不同物种分子水平上进化的差异性以及保守型决定的。2、从陆地棉中棉所36中克隆到FPF1的同源基因六条,分别命名为GhFPF1,GhFLP1,GhFLP2,GhFLP3,GhFLP4和GhFLP5,发现该基因家族基因片段均比较小,且不含内含子。研究各基因在陆地棉各组织器官中的表达模式发现,GhFPF1基因家族成员呈现出明显的表达特异性,主要在根和茎尖中表达。利用早熟棉中棉所36和遗传标准系TM-1筛选出候选基因GhFPF1基因,暗示其可能参与短季棉开花时间的调控。3、构建了融合表达载体pBI121-GFP-GhFPF1,采用基因枪轰击洋葱表皮的研究发现GhFPF1蛋白在细胞膜和核内均有表达。进一步通过5'-RACE及3'-RACE策略,扩增出了GhFPF1的全长转录本为701bp,包含56 bp 5'-UTR,315 bp 3'-UTR和330 bp ORF区域。分析启动子区域发现其主要包含两大类顺式元件,光反应元件和植物胁迫相关的一些元件。外源激素处理试验表明GhFPF1能够响应SA和JA的处理,暗示GhFPF1可能参与植物的防御反应。4、将GhFPF1基因构建植物过表达载体分别转化拟南芥和棉花,分别获得了7个转基因拟南芥株系和9个转基因棉花株系。结果证实转基因拟南芥各株系的开花时间平均比野生型拟南芥提前5.4天,莲座叶和茎生叶的数目也减少。通过对比分析拟南芥内源开花时间相关基因在野生型和转基因中的表达量变化,推测GhFPF1在拟南芥中过表达促进开花很可能依赖于AtAP1和AtFLC。5、根据启动子的分析选取水杨酸(SA)、脱落酸(ABA)和茉莉酸(JA)对二叶期的幼苗进行叶面喷施,在处理的0 h、6 h、12 h、24 h、36 h和48 h取样,分析GhFPF1的表达量变化。
【学位授予单位】：中国农业科学院
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S562

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