[发明专利]棉花成花素基因GhFT及其载体、构建体、细胞和多肽

说明书

技术领域

本发明涉及棉花成花素基因GhFT及其载体、构建体、细胞和多肽。该基因可用于促进植物早花或者改良植物的性状。

背景技术

开花是植物的一个极其重要的性状，它影响农作物的生育期进而影响产量和品质，因此一直以来备受关注。开花是显花植物重要的生理现象，是植物由营养生长向生殖生长转变的一个重要发育过程。目前一般认为植物的开花主要由四种途径，包括光周期途径、自主途径、春化途径、赤霉素途径。近年来随着分子生物学的发展，已经克隆了这些途径的诸多关键基因，对其功能的进一步研究，很好的解析了植物开花的生理机理及分子机制。其中这四个途径主要是影响了成花素基因FT(Flowering locus T)的表达，从而影响下游基因的表达，或促进或抑制植物开花。FT基因是开花信号途径中重要的基因之一，对FT基因和其编码蛋白功能的研究，使人们对成花素研究有了关键的突破。拟南芥的FT基因只有528bp，编码的蛋白属于磷脂酰乙醇胺结合蛋白(phosphatidylethanolamine-Binding Protein，PEBP)基因家族。PEBP蛋白最早从牛脑中分离，因易与磷脂酰乙醇胺结合而得名，PEBP蛋白在哺乳动物、酵母、蠕虫、果蝇、真菌、细菌和开花植物等物种都有分布，磷脂酰乙醇胺是植物生物膜中的主要磷脂，在信号传递过程中起着重要的作用。在拟南芥中，FT是一个开花途径整合因子，特异在长日条件下起开花促进作用。拟南芥中的TFL1(Terminal flower1)也是PEBP家族蛋白，和FT蛋白高度相似，但TFL1却是开花抑制因子。研究发现，其中83位氨基酸是决定FT/TFL1功能的关键位点，FT蛋白在该位点均为酪氨酸(Tyr)，而TFLI在该位点为组氨酸(His)，这一位点氨基酸的改变足以将FT/TFL1的功能逆转。

FT是光周期节律基因CO(CONSTANS)的早期激活目标基因，由光周期诱导的CO直接转录激活FT的表达。长日照条件下拟南芥的CO基因表达呈明显的昼夜节律(表达高峰在黄昏时分)，同时促进FT基因的表达，并使FT的表达也呈现明显的昼夜节律(表达高峰也出现在黄昏时分)，FT的表达促使AP1等下游花分生组织决定基因的表达，从而引起拟南芥开花；短日照条件下，CO也呈现明显的昼夜节律，此时CO抑制FT的表达，从而导致拟南芥开花延迟。借助分子生物学的研究手段表明，FT蛋白与FD蛋白相互作用，FD蛋白是含有碱性亮氨酸拉链蛋白(basic region-leucine zipper，b-ZIP)结构域的转录因子，FD在顶端分生组织中特异表达，共同促进下游成花基因AP1、LFY等的表达，从而促进开花。

一直以来，科学家探索这样一个问题：FT基因的mRNA是成花素？还是FT基因编码的蛋白是成花素？早年研究认为，FT基因的转录本即mRNA在叶片中表达以后，可以通过长距离运输到顶端的分生组织促进FD、AP1和LFY等基因的表达，促进植物开花，因此这种观点认为FT的mRNA是成花素。后来研究表明，FT-GFP融合的绿色荧光蛋白能够通过维管束从叶片运输到顶端分生组织，促进植物开花，因而这种观点认为FT蛋白是成花素，并且嫁接实验有力的证明了这一点。水稻的FT同源基因Hd3a、番茄的sFT基因编码蛋白也具有同样的移动现象。因此FT的蛋白是成花素的观点的证据更加充分一些。

目前在其它许多植物中克隆了FT同源基因，如：烟草、大豆、大麦、玉米、小麦、矮牵牛、番茄、杨树、蜜柑、葡萄、沙梨、花椰菜、春兰、阿拉伯芥、矮牵牛、玉山筷子芥、油菜、无花果、梅花、笋瓜、番木瓜、桃树、文心兰、向日葵、菊花、红叶黎、柑橘、枳实、马铃薯、蓖麻、牵牛花、毛环竹、黑麦草、梧桐、蔷薇等至少35种植物。比较其氨基酸序列，相似性最高可达90％以上，转基因证明FT基因的表达可促进植物提早开花，表明FT家族基因的结构和功能在不同的物种间存在着高度的保守性，该家族基因在调控开花上起着重要的作用。