紅菜苔春化作用相關基因及其天然早花突變的分子機理研究.pdf

1、紅菜苔在我國南方具有廣泛的種植面積、已有近千年的栽培歷史。與其它屬于冬性一年生蔬菜作物的蕓苔屬植物(如，白菜、甘藍等)不同，紅菜苔不需要春化就可以較早的開花。紅菜苔與白菜具有很多相似的生理、遺傳特性，是白菜的一個變種。但與白菜相比，紅菜苔對春化需求卻表現(xiàn)出巨大的差異。本課題的研究是以天然早花突變體生理、分子生物學特性為基礎，重點對控制植物開花的關鍵基因FLC進行研究。FLC是一個MADS-box轉錄因子，受春化作用的抑制，通過抑制下游開

2、花相關基因的表達抑制植物開花。FLC低水平表達與功能的缺失是導致擬南芥、白菜等春化需要植物早花的主要原因。我們以紅菜苔為研究材料，對紅菜苔早花突變的分子機理進行了深入的研究，并對一些春化作用相關基因做了相關研究。主要研究結果如下：
　　 (1)在紅菜苔中克隆出BrpFLC1的兩種不同的剪切產物，分別命名為BrpFLC1-1和BrpFLC1-2是。在BrpFLC1-1中，第六個內含子沒有被完全剪切掉，導致BrpFLC1-1編碼的氨

3、基酸提前終止。在BrpFLC1-2中，由于第六個外顯子被剪切掉，導致BrpFLC1-2編碼的氨基酸缺失14個氨基酸。推測這兩種剪切產物編碼的氨基酸都是沒有功能的。
　　 (2)從紅菜苔中克隆了另外的兩個FLC的同源基因，分別命名為BrpFLC2和BrpFLC3，分別包含一個591 bp和618 bp的開放閱讀框。BrpFLC2、BrpFLC3的編碼區(qū)分別編碼196、197個氨基酸殘基，分子量分別21.91和21.67kD，等電點

4、分別為8.84和9.08。BrpFLC2、BrpFLC3與擬南芥中的AtFLC(NP196576)分別具有84％，82％的同源性。從紅菜苔中克隆的FLC基因與大白菜中的FLC具有很高的同源性。紅菜苔FLC與大白菜的FLC基因相比，只有幾個核苷酸的差異。
　　 (3) BrpFLC2和BrpFLC3基因核苷酸序列及其編碼的氨基酸殘基序列進行生物信息學預測發(fā)現(xiàn)，BrpFLC2、BrpFLC3編碼的蛋白具有MADS-box轉錄因子的結

5、構特性，均有多個最有可能被磷酸化的位點，沒有發(fā)現(xiàn)可能的O-糖基化位。BrpFLC2、BrpFLC3基因編碼的蛋白與擬南芥和大白菜FLC類似都具有跨膜結構，二級結構預測顯示BrpFLC具有典型的MADS-box蛋白的二級結構，BrpFLC2、BrpFLC3主要定位于細胞核內作為轉錄因子參與基因的表達調控。
　　 (4)BrpFLC基因的表達模式研究，BrpFLC1、BrpFLC2在紅菜苔根、莖、葉、子葉中都有較高水平的表達。Brp

6、FLC3在莖、葉、子葉具有較高水平的表達，在根中的表達較低。BrpFLC1、BrpFLC2、BrpFLC3的表達都受春化作用的抑制，15天的春化處理可以使BrpFLC表達都降到了很低的水平。春化處理之后，紅菜苔中春化作用相關基因BrpSOC1和BrpVIN3的表達量升高，BrpFR1沒有明顯的變化。
　　 (5)對紅菜苔開花時間的研究表明，紅菜苔是天然早花突變體，比白菜具有較早的開花時間。紅菜苔的成花轉變不需要春化處理，但是紅菜

7、苔具有一定的春化響應，春化處理可以縮短其開花時間。
　　 (6)BrpFLC1剪切方式的改變是紅菜苔早花的主要原因。與晚花型白菜相比，BrpFLC1剪切的兩種沒有功能的轉錄產物。推測這BrpFLC1剪切出無功能的BrpFLC1是紅菜苔早花的主要原因。推測FLC1第六個內含子的第一個堿基G到A改變，可能導致FLC1的剪切紊亂，從而導致紅菜苔早花。
　　 (7)對BrpFLC的啟動子和內含子I的研究表明，BrpFLC2啟動子

8、與白菜BrFC2啟動子具有類似的長度，序列同源性很高。對BrpFLC2啟動子進行生物信息學軟件分析表明，BrpFLC2啟動子包含了多個TATA-box，CAAT-box,以及其他順式作用元件。BrpFLC1和BrpFLC2的內含子Ⅰ分別與白菜BrFLC1和BrFLC2的內含子I具有類似的長度，序列同源性很高。沒有發(fā)現(xiàn)BrpFLC基因的這些區(qū)域與紅菜苔天然早花突變的原因有關。從紅菜苔中克隆了FLC上游基因FRI的同源基因BrpFRI的起始

9、密碼子附近的一段區(qū)域，這一在擬南芥中經(jīng)常發(fā)生突變導致早花的區(qū)域，在紅菜苔中沒有發(fā)生導致功能喪失的突變。
　　 (8)分析FLC在紅菜苔和白菜中的表達模式發(fā)現(xiàn)，在紅菜苔中BrpFLC具有較低水平的表達。紅菜苔的早花突變與BrpFLC較低水平的表達具有一定的關系。
　　 (9)從紅菜苔中克隆了VIN3的同源基因BrpVIN3的一段包括VIN3的PHD和FNⅢ區(qū)序列，并根據(jù)siRNA序列設計要求，構建了BrpVIN3基因的RN