[发明专利]早实枳PtFCA1基因的分离及在植物成花调控中的应用

说明书

技术领域

本发明属于植物基因工程技术领域。具体涉及早实枳PtFCA1基因的分离及在植物成花调控中的应用。早实枳PtFCA1基因的核苷酸序列见序列表SEQ ID NO：1所示，序列长度为2260bp。遗传转化fca‐1型拟南芥后，可以明显互补fca‐1型拟南芥晚花的表型，并可以恢复根系的生长。因此PtFCA1基因可提早植物的成花时间，对于缩短多年生果树的童期及作物的遗传改良有重要意义。

背景技术

柑橘是我国南方重要的果树，且在亚热带地区的国家均有栽培。柑橘一般需要经历较长时间的童期才能开花结实，部分柑橘的童期长达10年。柑橘分为柑橘属、金柑属和枳属。枳属花芽分化在春季开始，中间经历一段时间休眠，经低温诱导后，在次年春季开花。同一个属不同种在花芽分化及开花次数之间也存在差异。以普通枳和早实枳为例，普通枳一年开花一次，早实枳一年开花2‐3次。早实枳春梢和夏梢的部分花芽(非休眠型花芽)不需要经过休眠及低温诱导就可以迅速发育并在当年开花，而早实枳春梢、夏梢一部分花芽跟普通枳的花芽(休眠型花芽)相似，需要休眠后经过低温诱导次年春季开花。在对早实枳和普通枳花芽分化的研究中发现，自剪后具有成花能力的枝条会由营养生长转入生殖生长阶段，表明自剪对柑橘的花芽分化具有重要的作用，是具有成花能力的枝条发生成花转变的标志。

除了响应外界环境调控开花时间外，植物随自身的发育状况也自主控制着开花的进程，当植物从营养分生组织、花序分生组织、花分生组织进行顺序转换时，其正常的开花程序即被启动(Srikanth et al.2011)，这种调控途径叫做自主途径(Simpson et al.2002)。在拟南芥中，通过对缺失突变体的研究，分离鉴定得到一系列参与自主途径的基因，包括LD、FCA、FY、FPA、FLD、FVE、FLK和REF6S等，这些基因主要通过间接抑制FLC的表达来促进成花(Marquardt et al.2006)。遗传学研究表明，FCA和FLD属于同一条遗传途径，FCA上位作用于FLD调控成花(Liu et al.2009)。FCA蛋白含有2个RRM结构域和1个WW结构域，RRM结构域主要结合RNA分子，表明FCA可能参与转录后调控过程(Macknight et al.1997)。FCA蛋白通过WW结构域与一系列蛋白互作，其中FCA与FY的互作在植物中具有保守性，FCA与FY互作后影响许多转录本的选择性多聚腺苷磷酸化，如介导产生FLC反义转录本(Simpson et al.2010)，同时FCA/FY复合体与位于FLC编码区第6个外显子和FLC反义转录本近端的多聚腺苷酸化位点结合，抑制FLC的表达(Liu et al.2008)。FY是酵母聚腺苷酸化因子Pfs2p的同源基因，是一个高度保守的RNA 3’端的剪切因子，FCA也依赖FY激活前体mRNA内部的多聚腺苷酸化位点负调控自身的表达。FPA和FCA在调控RNA介导的FLC沉默过程中出现功能冗余的现象(et al.2007)。在水稻中，OsFCA的保守结构域与拟南芥FCA同源性很高；OsFCA时空表达模式与拟南芥中相似；同样能与OsFY互作；但不能完全互补fca‐1型拟南芥晚花表型，以上研究说明OsFCA在进化的过程中，部分功能发生了分化(Lee et al.2008)。在大麦中，FCA保守结构域与拟南芥 和水稻的同源性也很高，但不能互补fca‐1型拟南芥晚花表型(Kumar et al.2011)。由此可见，FCA可能在单子叶和双子叶模式植物长距离的进化过程中发生功能分化。

综上所述，FCA参与自主成花调控途径及温度途径。同时结合本研究前期通过转录组测序发现了成花自主调控基因FCA在普通枳和早实枳成花转变阶段存在差异表达(Ai et al.2012)，并发现PtFCA在早实枳夏梢(具有成花能力)和普通枳夏梢(不具有成花能力)发育阶段中表达模式差异明显。该基因在拟南芥中的同源基因与温度调控开花有关，推测可能与早实枳夏梢在环境温度较高(不经过低温春化)的条件下成花相关；其次，由于在木本植物种中自主成花途径和环境温度途径研究较少，本发明针对PtFCA基因生物学功能及调控机理进行了较深入的研究。在借鉴一年生模式植物研究多年生植物成花调控的同时，也应进一步深入研究这些调控网络在多年生植物童期或者季节性成花中发挥的作用。

发明内容