[发明专利]成花基因座T(FT)和经遗传修饰可调节开花的植物

说明书

技术领域

本发明一般涉及植物遗传工程，特别涉及具有可调节成花表型的遗传工程植物，以及培育这些植物的方法。

背景

绝大多数种类的被子植物受环境刺激，如昼夜长短和温度，以及内在因素如年龄的诱导而开花，有花植物的成熟组织由被称作分生组织的几类干细胞发育而来。每种分生组织的特性是由其发育而成的结构决定的：营养分生组织发育成根和叶，花序分生组织发育成成花分生组织，成花分生组织发育成花器官如花萼和花瓣。不仅分生组织能够产生具有不同特性的新的分生组织，而且它们自身特性在发育过程中也能改变。例如，营养茎分生组织经成花诱导后可转变为花序分生组织，而且在一些植物种类中花序分生组织自身最终将转变为成花分生组织。尽管分生组织的转化在植物发育过程中具有重要意义，但对其中的机理了解很少。

在植物发芽后，茎分生组织在其两侧产生一系列叶分生组织，然而，一旦经成花诱导，茎分生组织会转而产生花分生组织，成花分生组织产生花器官原基，原基进而单独发育成花萼、花瓣、雄蕊和心皮。这样，花的形成可设想为一系列不同的发育阶段，即成花诱导、花原基的形成、花器官的产生，已从多种植物中分离出中断每一阶段的突变体，这说明有整套遗传体系在控制成花过程(见综述，Weigel和Meyerowitz，“形态发生的分子基础”(M.Bernfield编著)，发育生物学会第51届年会，pp.93-107，纽约，1993)。

最近通过对二种远缘双子叶植物拟南芥(Arabidopsis thaliana)和金鱼草(Antirrhinum majus)的研究鉴定出三类同源基因，它们单独或共同决定花组织特性(Bowman等，Development,112:1,1991；Carpenter和Coen等，Genes Devl.,4:1483,1990；Schwarz-Sommer等，Science,250:931,1990)。这些基因其中一些是转录因子，它们DNA结合的保守区已确定为MADS阅读框(Schwarz-Sommer等，见上)。

已经鉴定早期启动的控制成花分生组织特性的基因，在拟南芥(Arabidopsis thaliana)和金鱼草(Antirrhinum majus)中成花分生组织是由花序分生组织发育而来，已经知道二种因子参与控制分生细胞发育成为花。在拟南芥中，控制因子是LEAFY基因(Weigel等Cell 69:843,1992)和APETALAl基因(Mandel等，Nature 360:273,1992)的产物，当这些基因中的一个突变失活后，花和花序的结构和特性便形成(Weigel等见上；Irish和Sussex,Plant Cell,2:741,1990)。在金鱼草中，与拟南芥LEAFY基因同源的是FLORICAULA，与APETALAI基因同源的是SQUAMOSA(Huijser等，EMBO J.,11:1239,1992)，这一对基因包含有MADS阅读框区域。

有花植物具有二种类型的花序构成：无序型的，其花序生长不定，或有序型的，最终形成定型的花序。在这二个远缘种拟南芥的terminalflower 1基因和金鱼草的centroradialis基因突变体中，通常是无序型的花序转变为有序构型。金鱼草的基因CENTRORADIALIS(CEN)和拟南芥的基因TERMINAL FLOWER 1(TFL1)表现出同源性，说明在这些植物中花序的无定型具有共同的遗传机制。然而，与CEN基因不同的是，TFL1基因在营养生长阶段也表达，这会推迟花序发育，从而影响花序分生组织形成的时间及其特性(见实施例，PCT/GB96/02276，详见参考文献)。

在植物生物技术领域已成功构建出包括一些主要作物在内的基因工程植物，这些研究成果让人振奋，其中通过改变植物基因而促使其提前开花是经济上所需要的，花诱导经常是种植作物的制约因素。除地域因素外控制开花诱导最重要的因素之一是白昼的长短，它随季节的变化而变化。需要建立一种方法能人为控制和诱导植物开花而使其不受地域和环境条件的制约，这样就能使作物在所需要的时间内结实，由于大多数作物的果实(即种子，谷粒，水果)来源于花，因此能够控制开花的方法具有经济价值。

概述

本发明是基于发现的一个调节植物开花的基因。这个基因定义为“开花基因座T”或“FT”，其功能是调节开花时间。在拟南芥中FT基因的过量表达导致开花明显提前，而FT基因通过突变或反义失活丧失功能时会导致延迟开花。