百合(Lilium)是全球花卉交易市場(chǎng)上重要的高品質(zhì)切花,新鐵炮百合(Lilium×formolongi)是百合屬中十分罕見的播種繁殖一年開花的優(yōu)良品種,這一珍貴的開花特性對(duì)于百合的花期改良育種十分重要。之前的研究表明,光周期對(duì)新鐵炮百合成花轉(zhuǎn)變的影響十分顯著。但由于百合屬植物基因組龐大,遺傳背景十分復(fù)雜,目前百合的成花調(diào)控分子機(jī)理尚不十分清楚。因此,探究光周期誘導(dǎo)新鐵炮百合成花轉(zhuǎn)變的分子機(jī)理具有下列重要意義:從光周期途徑揭示了新鐵炮百合“早熟開花”的分子遺傳調(diào)控機(jī)理,縮短育種周期,為培養(yǎng)短生育期的百合新品種提供分子理論基礎(chǔ);闡明了百合光周期成花誘導(dǎo)的分子機(jī)理,構(gòu)建了基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò);為百合的成花遺傳調(diào)控分子機(jī)理研究增加寶貴的基因數(shù)據(jù)資源。本研究在分析表型性狀、解剖結(jié)構(gòu)和基因表達(dá)等指標(biāo)的基礎(chǔ)上,確定了長(zhǎng)日照下新鐵炮百合成花誘導(dǎo)過程中的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。并利用轉(zhuǎn)錄組測(cè)序技術(shù),構(gòu)建了新鐵炮百合成花誘導(dǎo)的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò),挖掘了一些光周期成花誘導(dǎo)的重要調(diào)控基因。并且重點(diǎn)對(duì)新鐵炮百合CONSTANS-LIKE(COL)基因家族的8個(gè)成員進(jìn)行了序列進(jìn)化、轉(zhuǎn)錄表達(dá)及功能驗(yàn)證研究,確定了起關(guān)鍵成花誘導(dǎo)作用的LfCOLs成員。主要研究結(jié)果如下:(1)新鐵炮百合實(shí)生苗是兼性長(zhǎng)日照植物。長(zhǎng)日照條件極大促進(jìn)了新鐵炮百合的成花轉(zhuǎn)變,植株開花時(shí)間比短日照條件下早近4個(gè)月,開花率高60-70%。新鐵炮百合一年開花的性狀遺傳自親本臺(tái)灣百合(L.formosanum),另一親本麝香百合(L.longiflorum)在一年的生長(zhǎng)周期中不能開花。新鐵炮百合對(duì)光周期敏感的開花特性是可以遺傳的,獲得了新鐵炮百合自交系花期分離群體,其中早花群體的花期平均比中花群體早1個(gè)月,比晚花群體早2個(gè)月。此花期分離群體是今后研究新鐵炮百合光周期成花誘導(dǎo)分子機(jī)制的優(yōu)良群體材料(2)通過表型性狀調(diào)查,莖尖石蠟切片解剖形態(tài)觀察以及CONSTANSCO/FLOWERING LOCUS T(CO/F)同源基因的晝夜節(jié)律表達(dá)情況,確定了長(zhǎng)日照條件下,新鐵炮百合成花轉(zhuǎn)變過程的關(guān)鍵時(shí)期及形態(tài)指標(biāo),包括幼齡期(播種后至7-8片葉)、誘導(dǎo)期(抽葶前后)、成年期(5-6節(jié)間)及分化期(9-10節(jié)間)。在莖尖尚處于營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)狀態(tài)時(shí),CO/FT同源基因的晝夜節(jié)律表達(dá)模式可作為新鐵炮百合進(jìn)入成花誘導(dǎo)期的重要分子指標(biāo)。(3)幼齡期、誘導(dǎo)期、成年期和分化期葉片和莖尖轉(zhuǎn)錄組測(cè)序共獲得52,824條高質(zhì)量的Unigene序列,其中33,652條(63.71%)Unigene獲得了功能注釋。四個(gè)時(shí)期的表達(dá)譜共獲得了 37,032個(gè)差異表達(dá)基因,大部分差異表達(dá)基因顯著呈現(xiàn)出從幼齡期至誘導(dǎo)期上調(diào)表達(dá),誘導(dǎo)期至成年期下調(diào)表達(dá),成年期至分化期再次上調(diào)表達(dá)的時(shí)空表達(dá)模式。本次測(cè)序一共發(fā)現(xiàn)了 87個(gè)與成花相關(guān)的同源基因,其中52個(gè)編碼轉(zhuǎn)錄因子,包括 bHLH,bZIP,RAV,MYB,Dof,CO-like,MADS-box 等轉(zhuǎn)錄因子家族。這些成花相關(guān)的差異表達(dá)基因分布在6條成花調(diào)控途徑中,有41個(gè)(48.8%)屬于光周期成花調(diào)控途徑。其中包括重要的成花調(diào)控因子GIGANTEA(GI),COL,FT等。在此基礎(chǔ)上,構(gòu)建了新鐵炮百合成花誘導(dǎo)的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。(4)利用RACE技術(shù)鑒定得到了 8個(gè)LfCOL基因家族成員的編碼區(qū)全長(zhǎng),根據(jù)蛋白氨基酸序列保守結(jié)構(gòu)域的不同,可以分為3類,類型Ⅰ為L(zhǎng)fCOL5,具有兩個(gè)B-boxes保守結(jié)構(gòu)域;類型 Ⅱ 包括LfCOL6,LfCOL7,LfCOL13,LjCOL14,LfCOL15和LfCOL16,具有一個(gè)B-box保守結(jié)構(gòu)域;類型Ⅲ是LfCOL9,具有一個(gè)正常的B-box保守結(jié)構(gòu)域,以及一個(gè)二級(jí)結(jié)構(gòu)發(fā)生改變的B-box保守結(jié)構(gòu)域。其中LfCOL5與擬南芥CO基因同源性最近,保守結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)也最為相似。(5)8個(gè)LfCOL基因家族成員及LfFT1基因在不同光周期條件下的時(shí)期表達(dá)及晝夜表達(dá)模式結(jié)果表明,LfCOL5、LfCOL6、LfCOL9、LfFT1在長(zhǎng)日照條件下新鐵炮百合成花誘導(dǎo)期高表達(dá),但在短日照條件下呈現(xiàn)截然不同的時(shí)期表達(dá)模式。并且,LfCOL5、LfCOL6、LfCOL9在長(zhǎng)、短日照條件下都連續(xù)三天呈現(xiàn)有規(guī)律的晝夜振蕩表達(dá)模式,長(zhǎng)日照條件下,LfCOL5、LfCOL6、LfCOL9的晝夜節(jié)律表達(dá)模式與擬南芥CO基因一致。試驗(yàn)結(jié)果表明新鐵炮百合長(zhǎng)、短日照條件下的成花誘導(dǎo)遺傳調(diào)控機(jī)制不同,LfCOL5、LfCOL6、LfCOL9基因可能在長(zhǎng)日照成花誘導(dǎo)中發(fā)揮重要作用。(6)分別構(gòu)建了L、j℃OL5LfCOL6、LfCOL9基因的植物表達(dá)載體,利用農(nóng)桿菌花序侵染法轉(zhuǎn)化擬南芥co晚花突變體,結(jié)果表明,LfCOL5、LfCOL6、LfCOL9都能夠促進(jìn)擬南芥晚花突變體提前開花,轉(zhuǎn)LfCOLs基因的株系,平均開花時(shí)間比co晚花突變體早12-13天,比野生型早6-7天;平均蓮座葉數(shù)目比co晚花突變體少12-14片,比野生型少5-6片。并且,轉(zhuǎn)Lf℃OLs基因的株系剛抽葶時(shí)葉片中AtFT基因的表達(dá)水平都高于擬南芥co突變體。因此確定LfCOL5、LfCOL6、LfCOL9基因是長(zhǎng)日照誘導(dǎo)新鐵炮百合成花轉(zhuǎn)變的重要促進(jìn)因子。尤其是LfCOL6、LfCOL9基因是新鐵炮百合中特有的能促進(jìn)成花誘導(dǎo)的基因。體現(xiàn)了新鐵炮百合LfCOL基因家族在系統(tǒng)發(fā)育、進(jìn)化及基因功能方面具有特異性。以上研究結(jié)果對(duì)闡釋光周期誘導(dǎo)新鐵炮百合成花轉(zhuǎn)變的分子機(jī)理具有重要的理論意義,獲得的開花關(guān)鍵基因,對(duì)百合花期改良分子育種及培養(yǎng)生育期短的百合新品種具有重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
【學(xué)位單位】：北京林業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：S682.29
【部分圖文】：

?Ｕｊｓ???（Ｔｕｒｃｋ?ｅｔ?ａｌ．，２００８）。在莖尖，ＦＴ?蛋白質(zhì)與?ｂＺＩＰ?轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子?ＦＬＯＷＥＲＩＮＧ?ＬＯＣＵＳ?Ｄ??（ＦＤ）共同作用，并促進(jìn)ＭＡＤＳ－ｂｏｘ轉(zhuǎn)錄因子基因ａＦ??ＯＶＥＲＥＸＰＲＥＳＳＩＯＮ?ＯＦ?ＣＯＮＳＴＡＮＳ?１?（ＳＯＣＰ）、ＡＰＩ、ＦＲＵＩＴＦＵＬＬ（ＦＵＬ）的轟達(dá)，隊(duì)??而調(diào)控成花轉(zhuǎn)變及花器官發(fā)育〇＾＾６１３１．，２００５；＼＾§８６?６１３１．，２００５）（圖１－１）。但是尸７??基因的表達(dá)同時(shí)也受到了幾個(gè)調(diào)控因子的抑制，這些抑制因子通過不同的作用機(jī)制和??成花調(diào)控途徑抑制，７＇的表達(dá)，從而阻止植物過早的開花（丫３１？６１＆１．，２００９）（圖１－１）。??這些抑制因子包括ＲＡＶ轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子ＴＥＭＰＲＡＮＩＬＬＯ?１?（ＴＥＭ１）、ＴＥＭＰＲＡＮＩＬＬＯ?２??（ＴＥＭ２），具有?ＡＰＥＴＡＬＡ２?（ＡＰ２）結(jié)構(gòu)域的蛋白質(zhì)?ＴＡＲＧＥＴ?ＯＦ?ＥＡＴ?１－３?（ＴＯＥ１－３）、??ＳＣＨＬＡＦＭＵＴＺＥ?（ＳＭＺ）及?ＳＣＨＮＡＲＣＨＺＡＰＦＥＮ?（ＳＮＺ）?（Ａｕｋｅｒｍａｎ?ａｎｄ?Ｓａｋａｉ，?２００３；??Ｊｕｎｇ?ｅｔ?ａｌ．，２００７；?Ｍａｔｈｉｅｕ?ｅｔ?ａｌ．，?２００９）。以及具有?ＭＡＤＳ?結(jié)構(gòu)域的轉(zhuǎn)錄因子??ＦＬＯＷＥＲＩＮＧ?ＬＯＣＵＳ?Ｃ?（ＦＬＣ）?（Ｓｃｈｍｉｄ?ｅｔ?ａｌ．，２００３）（圖?１－１）。??

促進(jìn)ＣＤＦ１的蛋白質(zhì)的降解，從而解除ＣＤＦ１對(duì)Ｃ０的抑制作用，在一天中的傍晚出??現(xiàn)表達(dá)高峰（Ｆｏｍａｒａ?ｅｔ?ａｌ．，２００９；?Ｓａｗａ?ｅｔ?ａｌ．，?２００７）（圖１－３Ａ）。但是在短日照條件下，??黎明后１０－１２?ｈ己經(jīng)進(jìn)入黑暗條件，ＧＩ不能與ＦＫＦ２形成蛋白復(fù)合物，ＣＯ基因受到??ＣＤＦ１的抑制作用，因此在傍晚時(shí)分不能出現(xiàn)高峰（Ａｎｄｒ６ｓ?ａｎｄ?Ｃｏｕｐｌａｎｄ，?２０１２）。??ＣＯ基因在傍晚時(shí)分出現(xiàn)的轉(zhuǎn)錄表達(dá)高峰對(duì)維持ＣＯ蛋白質(zhì)的穩(wěn)定非常重要。在??夜間黑暗條件下，ＣＯ蛋白質(zhì)會(huì)被ＣＯＮＳＴＩＴＵＴＩＶＥ?ＰＨＯＴＯＭＯＲＰＨＯＧＥＮＩＣ?１??（ＣＯＰｌ）－ＳＵＰＰＲＥＳＳＯＲ?ＯＦ?ＰＨＹＴＯＣＨＲＯＭＥ?Ａ（ＳＰＡ１）泛素連接酶復(fù)合物降解，因此??基因在黑暗條件下出現(xiàn)的表達(dá)高峰并不能維持ＣＯ蛋白質(zhì)的穩(wěn)定（Ａｎｄｒｄｓ?ａｎｄ??Ｃｏｕｐｌａｎｄ，?２０１２）（圖１－３Ｃ）。在傍晚時(shí)分，光照條件下，光敏色素基因能夠解除ＣＯＰ１－??ＳＰＡ１復(fù)合物對(duì)ＣＯ蛋白質(zhì)的降解作用。隱花色素受體ＣＲＹＰＴＯＣＨＲＯＭＥ?２?（ＣＲＹ２）（藍(lán)??光受體）與ＣＯＰ１相互作用，并且抑制ＣＯＰ１的表達(dá)（Ｗａｎｇ?ｅｔ?ａｌ．，２００１；?Ｙａｎｇ?ｅｔ?ａｌ．，?２０００；??Ｚｕｏ?ｅｔ?ａｌ．，２０１１），光敏色素受體ＰＨＹＡ?（遠(yuǎn)紅光受體）也能對(duì)ＣＯＰ１－ＳＰＡ１復(fù)合物起到??抑制作用（圖１－３Ｃ）。同時(shí)，ＦＫＦ１在光照下也能與ＣＯ蛋白質(zhì)互相作用，增強(qiáng)ＣＯ蛋??白的穩(wěn)定性（Ｓｏｎｇ?ｅｔａｌ．，２０１２）。因此只有長(zhǎng)日照條件下，基因在傍晚時(shí)分出現(xiàn)的表??達(dá)高峰能維持ＣＯ蛋白質(zhì)的穩(wěn)定，并進(jìn)一步促進(jìn)廠７基因的表達(dá)，從而誘導(dǎo)開花。??

圖１－４本研究技術(shù)路線圖??Ｆｉｇ?１－４?Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ?ｒｏａｄｍａｐ?ｏｆ?ｔｈｉｓ?ｓｔｕｄｙ??
【參考文獻(xiàn)】

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3 李智輝;王新穎;李天來;羅鳳霞;陳鴻;;新鐵炮百合花芽分化及發(fā)育的研究[J];沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2008年02期

4 寧云芬;龍明華;陶勁;楊美純;;新鐵炮百合鱗莖低溫解除休眠過程中的形態(tài)和生理變化[J];廣西農(nóng)業(yè)生物科學(xué);2008年01期

5 俞紅強(qiáng),郝京輝,義鳴放;新鐵炮百合實(shí)生植株的生長(zhǎng)發(fā)育[J];中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2005年01期

6 張?jiān)?劉青林,歐陽青,蔡文啟;百合花發(fā)育相關(guān)MADS box基因的克隆[J];園藝學(xué)報(bào);2004年03期

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2 胡惠蓉;‘幻想’矮牽牛開花的光周期調(diào)控及一種新型突變花的初步研究[D];華中農(nóng)業(yè)大學(xué);2006年

本文編號(hào)：2867137