能源植物小桐子基因组中有3个开花抑制基因

开花是高等植物由营养生长进入生殖生长的重要标志,受促进或抑制开花基因的双重调控。FT/TFL1基因家族在植物的成花过程中起着重要的作用,其中TFL1TERMINAL FLOWER 1)类基因发挥着抑制开花的功能。

版纳植物园热带植物资源可持续利用重点实验室能源植物分子育种研究组的李超琼博士和付乾堂博士及其合作者在徐增富研究员的指导下,对能源植物小桐子(Jatropha curcas)的3个TFL1同源基因JcTFL1aJcTFL1bJcTFL1c分别进行了功能分析。研究结果发现,在野生型拟南芥和拟南芥的tfl1-14突变体中超量表达JcTFL1bJcTFL1c基因均表现出极度晚花现象,且转基因拟南芥的花序和果荚均呈现发育异常;但超量表达JcTFL1a的转基因拟南芥并未呈现开花相关表型异常现象。进一步分别将3个JcTFL1基因在小桐子中进行超量表达,结果表明:3个JcTFL1基因超量表达的转基因小桐子则均呈现出延迟开花的表型;同时发现促进开花的基因JcFTJcAP1在转基因植株中显著下调表达。另外,通过RNA干涉技术获得的JcTFL1b 基因沉默的转基因小桐子则表现出早花现象。该研究结果表明,JcTFL1类基因是小桐子的成花抑制基因,具有抑制植物开花的功能。

相关结果以Three TFL1 homologues regulate floral initiation in the biofuel plant Jatropha curcas为题,发表于Scientific Reports 7, Article number: 43090 (2017), doi:10.1038/srep43090。该研究得到了国家自然科学基金(31370595和31300568)项目的资助。

JcTFL1    超量表达JcTFL1类基因的转基因小桐子呈现晚花现象

        A、B、C图分别为超量表达JcTFL1aJcTFL1bJcTFL1c的转基因小桐子,                     E、F、G 分别为其对应的茎尖生长状态,均处于营养生长期。 D图为野生型小桐子,         H为野生型小桐子果序。

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小桐子花性别决定过程中关键基因和调控途径的鉴定与分析

花性别决定机制是被子植物繁殖系统演化研究的关键问题,也是农业生产中影响植物产量的主要因素。版纳植物园中科院热带植物资源可持续利用重点实验室能源植物分子育种研究组的陈茂盛博士及其合作者在徐增富研究员的指导下,通过对雌雄同株异花(monoecious,小桐子正常植株)和纯雌株(gynoecious,小桐子突变体,雄花退化,雌花正常)两种基因型小桐子的不同发育过程中的花序转录组进行比较分析,初步确定KNOTTED1-LIKE HOMEOBOX GENE 6 (KNAT6), MYC2, SHI-RELATED SEQUENCE 5 (SRS5), SHORT VEGETATIVE PHASE (SVP), TERMINAL FLOWER 1 (TFL1), and TASSELSEED2 (TS2)等6个基因在小桐子的性别分化过程中可能起重要作用。结果显示,参与脱落酸、生长素、赤霉素和茉莉酸合成的关键酶基因受下调表达,细胞分裂素合成的关键酶基因受上调表达,表明这些植物激素可能同时参与了小桐子的花性别决定过程。此外,赤霉素处理纯雌株花序芽能够促进其花被生长,同时会抑制雌蕊的发育;但不能恢复纯雌株花序中雄蕊的发育。研究结果表明,雌雄同株异花小桐子中的某些基因突变可能引起雄蕊发育停滞,导致雄花发育失败,形成纯雌株类型小桐子。一些调控小桐子花发育的基因,以及植物激素参与了这个转变过程。

上述研究结果以Comparative transcriptome analysis between gynoecious and monoecious plants identifies regulatory networks controlling sex determination in Jatropha curcas为题,发表于Frontiers in Plant Science

Figure 1                           雌雄同株与纯雌株基因型小桐子的不同发育阶段花序 比较,

   图中红色箭头指雌花,蓝色箭头指雄花

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