[发明专利]大豆生物钟基因GmFKF2及其编码蛋白与应用

说明书

技术领域

本发明涉及基因工程领域，具体地，涉及一个大豆生物钟基因，及其编码蛋白，以及他们在植物光周期和开花时间调节中的应用。

背景技术

大豆是重要的农作物之一，是植物蛋白质、食用油、生物柴油以及异黄酮和卵磷脂等次生代谢产物的重要来源。大豆是短日植物，开花受光周期的严格控制，因而不同区域间的优异品种不能相互引种，生育期也受环境光周期的制约。如果能降低大豆对光周期的敏感性，突破光周期对大豆开花的限制，就能解决大豆的引种问题，从而实现各区域间优质品种的相互交换，丰富各地优异种质资源，调节大豆生育期，提高大豆产量和品质。以往解决大豆光周期敏感性主要是通过杂交的方法获得新品种，但是，这种育种方法具有对亲本依赖性强和周期长等缺点，到目前为止尚未获得大豆光周期广适应性品种。

对拟南芥等植物的研究表明，植物的光周期是受极其复杂的调节网络控制的（Mouradov等，2002；Turck等，2008）。其中重要的一个调控途径是生物钟调控系统。拟南芥生物钟系统的中央振荡器主要有三个重要组分：即CCA1（Circadian Clock Associated1），LHY（Late Elongated Hypocotyl）和TOC1（Timing Of CAB Expression1）。CCA1和LHY各编码MYB相关的转录因子，TOC1是一个伪反应调节因子（Pseudo-response regulator）。凌晨时，CCA1和LHY的转录达到高峰，其蛋白结合在TOC1启动子的夜晚元件（Evening element，EE）上协同促进TOC1的转录。而在暗中，TOC1表达逐渐升高并在深夜达到高峰，高表达的TOC1通过一种未知的机制促进CCA1和LHY的表达并使其在凌晨达到高峰，三者形成一个反馈促进环（Feedback loop），并有节律的振荡（Gould等，2006；Barak等，1998；Alabadi等，2002；Mizoguchi等，2002；Staiger等，2002）。

三个相关的光受体F-BOX蛋白，ZTL（ZEITLUPE），LKP2（LOV KELCH PROTEIN2）以及FKF1（FLAVIN-BINDING KELCH REPEAT F-BOX1）调控蛋白TOC1和PRR5（PSEUDO RESPONSE REGULATORS5）的稳定性，进而协调生物钟中央振荡器的步调与稳固性（Baudry et al.,2010）。GI蛋白通过直接与这些F-BOX蛋白结合，对生物钟中央振荡器的调控也起到一定的作用（Kim et al.,2007;Sawa et al.,2007）。FKF1和GI在拟南芥光周期开花途径中起促进作用，而且主要是通过FKF1-GI-CDF1---CO-FT这条途径实现的。FKF1和GI的转录受生物钟调控，在光照起始后8～12小时表达（Fowler et al.,1999;Park et al.,1999;Nelson et al.,2000），此时长日下的植物处于光照时期，而短日下的植物处于黑暗时期。光照下，FKF1和GI（GIGANTEA）的协同表达有利于FKF1-GI复合体的形成（Sawa et al.,2007；Fornara et al.,2009）。这种光依赖的相互作用是通过FKF1的LOV结构域实现的。FKF1是生物钟调控元件，它作为F-BOX家族的一员，是一种泛素连接酶，调节靶蛋白泛素化，通过26S蛋白酶体降解靶蛋白。FKF1的靶蛋白包括两个转录因子CDF1（CYCLING DOF FACTOR1）和CDF2，它们是CO（CONSTANS）的转录抑制子（Imaizumi et al.,2005；Fornara et al.,2009）。ZTL和LKP2在调控CDF降解方面与FKF1存在功能冗余现象。总之，长日下，GI稳定FKF1和相关蛋白，导致CO抑制子降解，从而使CO的转录被激活。长日条件下稳定的CO蛋白激活FT（FLOWERING LOCUS T）的表达，促进开花。

大豆是典型的短日植物，又是古四倍体，因此，研究大豆生物钟调控基因FKF1，阐明其功能，对揭示大豆光周期调节及植物生物钟系统的进化和多样性具有重要意义，对于解决大豆光周期广适应性问题、扩大大豆的种植生态区和提高产量至关重要。截止目前为止，通过调节大豆生物钟调控基因FKF1来改变植物对光周期的敏感性和开花时间尚未见报道。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种大豆生物钟基因GmFKF2及其编码蛋白与应用。