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细胞分裂素受体基因SlHK4突变对番茄开花时间的影响

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南京农业大学学报 2024年第3期47卷 424-434页

作者：刘艳洁赵晓冰王枫丁静南京农业大学作物遗传与种质创新利用全国重点实验室/园艺学院江苏南京210095

[目的]本研究旨在解析细胞分裂素受体基因SlHK4突变对番茄开花时间的影响,为揭示细胞分裂素途径调控植物开花的分子机制奠定基础。[方法]以细胞分裂素受体基因SlHK4的2个纯合突变株系slhk4-4和slhk4-5及野生型(WT)番茄为材料,统计各株... 详细信息

[目的]本研究旨在解析细胞分裂素受体基因SlHK4突变对番茄开花时间的影响,为揭示细胞分裂素途径调控植物开花的分子机制奠定基础。[方法]以细胞分裂素受体基因SlHK4的2个纯合突变株系slhk4-4和slhk4-5及野生型(WT)番茄为材料,统计各株系开花时间,并在发芽26 d后取植株茎尖进行石蜡切片显微观察、响应细胞分裂素的荧光信号检测以及转录组测序等分析。[结果]slhk4-4和slhk4-5突变体的始花节位与WT相同,但始花时间分别比WT晚6和4 d。与WT相比,slhk4-5茎尖花分生组织分化推迟,细胞显著减小,细胞数目略少;slhk4-4与细胞分裂素响应启动子TCSn驱动的绿色荧光蛋白基因GFP过表达株系的杂交F 1代茎尖中,响应细胞分裂素的GFP荧光信号显著减弱;slhk4-5茎尖中细胞周期正调控基因Cyclin-B1-2表达下调,开花正调控基因FUL2、SOC1表达上调,而花发育基因AGL12和AGL19表达下调,开花调控相关基因的表达变化趋势与slhk4-5开花推迟的性状变化不完全一致。差异表达基因(DEG)的功能分析显示,57.6%具有功能注释的DEG是富集于光合作用、呼吸作用、蛋白合成和代谢等相关通路中的结构基因,其中88.2%在slhk4-5茎尖中的表达下调,表明slhk4茎尖的细胞活性很可能弱于WT。[结论]细胞分裂素受体SlHK4的功能缺失导致slhk4茎尖细胞分裂素信号减弱,花分生组织细胞减小,活性降低,分化延后,进而导致slhk4开花推迟。SlHK4是番茄开花时间的正调控因子。

关键词：番茄细胞分裂素受体 SlHK4 开花时间

GmELF3s调控大豆开花时间和生物钟节律的功能分析

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作物学报 2022年第4期48卷 812-824页

作者：徐昕秦超赵涛刘斌李宏宇刘军中国农业科学院作物科学研究所北京100081

大豆是典型的短日照作物,光周期的敏感性严重影响大豆的开花时间和产量,制约大豆的种植范围,但调控大豆光周期和生物钟节律的机制尚不十分清楚。在模式植物拟南芥中,ELF3与ELF4、LUX一起,形成ELF4-ELF3-LUX(Evening Complex,EC)生物钟... 详细信息

大豆是典型的短日照作物,光周期的敏感性严重影响大豆的开花时间和产量,制约大豆的种植范围,但调控大豆光周期和生物钟节律的机制尚不十分清楚。在模式植物拟南芥中,ELF3与ELF4、LUX一起,形成ELF4-ELF3-LUX(Evening Complex,EC)生物钟晚间复合物,在生物钟节律和开花时间调控等方面发挥重要作用。本研究通过CRISPR/Cas9基因编辑系统获得大豆Gmelf3a/j、Gmelf3b-1和Gmelf3b-2的突变体材料。通过观察Gmelf3a/j、Gmelf3b-1和Gmelf3b-2各突变体材料在短日照和长日照下的开花时间发现,GmELF3b-1在长日照下对大豆开花时间起调控作用;通过观察非纯合双突变体的表型发现,GmELF3a/J与GmELF3b-1和GmELF3b-2之间在调控大豆开花时间方面存在功能冗余。通过qRT-PCR对大豆生物钟节律相关基因的表达进行检测发现,GmCAB、GmPRR9a和GmPRR7a的表达模式发生改变,这表明GmELF3a/J、GmELF3b-1和GmELF3b-2可能是通过GmPRR9a和GmPRR7a对大豆生物钟节律和开花时间进行调控。

关键词：光周期生物钟节律开花时间晚间复合物 ELF3

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SOC1调控植物开花时间的分子机制

草业科学 2022年第1期39卷 149-160页

作者：齐联联宿强张珂北京林业大学草业与草原学院北京100083 七台河市林业和草原局黑龙江七台河154600

SUPPRESSOR OF OVEREXPRESSION OF CO 1(SOC1)编码MADS-box转录因子,具有诱导植物成花、防止花分生组织过早成熟和调控花器官发育的重要功能,是调控植物开花的整合因子。SOC1转录因子受蛋白或核酸调控,或与其他转录因子形成复合物进入... 详细信息

SUPPRESSOR OF OVEREXPRESSION OF CO 1(SOC1)编码MADS-box转录因子,具有诱导植物成花、防止花分生组织过早成熟和调控花器官发育的重要功能,是调控植物开花的整合因子。SOC1转录因子受蛋白或核酸调控,或与其他转录因子形成复合物进入细胞核,靶向特异开花基因从而调控植物开花,其调控网络十分复杂。本研究主要分析SOC1及其编码蛋白的结构特征,预测SOC1的蛋白互作网络,并阐明SOC1调控植物开花时间的分子机制,SOC1的表达受FT、CO、FLC及其同源基因MAFs、SVP、SPL和AGL24的直接调控,并受DELLA、miR156、miR172、AP2类转录因子、MYC3蛋白及营养物质信号的间接调控,且与AGL24形成二聚体上调下游花分生组织基因LFY的表达来调控植物的开花诱导过程,为今后研究SOC1调控其他植物的开花时间提供参考。

关键词： SOC1 结构特征成花诱导开花时间蛋白互作转录调控调控网络

细胞分裂素受体基因SlHK4突变对番茄开花时间的影响

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南京农业大学学报 2023年

作者：刘艳洁赵晓冰王枫丁静南京农业大学作物遗传与种质创新利用全国重点实验室/园艺学院

[目的]本研究旨在解析细胞分裂素受体基因SlHK4突变对番茄开花时间的影响，为揭示细胞分裂素途径调控植物开花的分子机制奠定基础。[方法]以细胞分裂素受体基因SlHK4的两个纯合突变株系slhk4-4和slhk4-5及野生型(WT)番茄为材料，统计各... 详细信息

[目的]本研究旨在解析细胞分裂素受体基因SlHK4突变对番茄开花时间的影响，为揭示细胞分裂素途径调控植物开花的分子机制奠定基础。[方法]以细胞分裂素受体基因SlHK4的两个纯合突变株系slhk4-4和slhk4-5及野生型(WT)番茄为材料，统计各株系开花时间，并在发芽26d后取植株茎尖进行石蜡切片显微观察、响应细胞分裂素的荧光信号检测及转录组测序等分析。[结果]slhk4-4和slhk4-5突变体的始花节位与WT相同，但始花时间分别比WT晚6d和4d。与WT相比，slhk4-5茎尖花分生组织分化推迟，细胞显著减小，细胞数目略少；slhk4-4与细胞分裂素响应启动子TCSn驱动的GFP转基因株系的杂交F1代茎尖中，响应细胞分裂素的GFP荧光信号显著减弱；slhk4-5茎尖中细胞周期正调控基因Cyclin-B1-2表达下调，开花正调控基因FUL2、SOC1表达上调，而花发育基因AGL12和AGL19表达下调，开花调控相关基因的表达变化趋势与slhk4-5开花推迟的性状变化不完全一致。差异表达基因(DEGs)的功能分析显示，57.6%具有功能注释的DEGs是富集于光合作用、呼吸作用、蛋白合成和代谢等相关通路中的结构基因，其中 88.2%在slhk4-5茎尖中的表达下调，表明slhk4茎尖的细胞活性很可能弱于WT。[结论]细胞分裂素受体SlHK4的功能缺失导致slhk4茎尖细胞分裂素信号减弱，花分生组织细胞减小，活性降低，分化延后，进而导致slhk4开花推迟。SlHK4是番茄开花时间的正调控因子。

关键词：番茄细胞分裂素受体 SlHK4 开花时间

陆地棉泛素结合酶基因GhUBC4调控开花时间机制探究

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河北农业大学学报 2022年第6期45卷 1-9页

作者：张子豪李会敏张竞予阎媛媛马峙英河北农业大学华北作物改良与调控国家重点实验室/河北省作物种质资源重点实验室/农学院河北保定071000

泛素-蛋白酶体系统在调控植物激素反应、非生物胁迫反应、昼夜节律和植物生殖发育等方面起着重要作用。本课题组前期GWAS结果发现陆地棉D03染色体上存在1个潜在调控开花时间的泛素结合酶基因,本研究在不同陆地棉品种中克隆到该泛素结合... 详细信息

泛素-蛋白酶体系统在调控植物激素反应、非生物胁迫反应、昼夜节律和植物生殖发育等方面起着重要作用。本课题组前期GWAS结果发现陆地棉D03染色体上存在1个潜在调控开花时间的泛素结合酶基因,本研究在不同陆地棉品种中克隆到该泛素结合酶基因GhUBC4的参考序列和变异序列,分别命名为GhUBC4Ref和GhUBC4Alt,C端氨基酸序列的差异导致2个蛋白的结构明显不同。系统进化树分析显示,GhUBC4蛋白与锦葵科的亲缘关系最近。GhUBC4在棉花的各个组织中均有表达,其表达量随着棉花的生长发育呈上升趋势,并且在早熟棉花品种中的表达量普遍高于晚熟品种。亚细胞定位显示,GhUBC4在细胞核中行使功能。超表达GhUBC4Ref和GhUBC4Alt均促进拟南芥早花,沉默GhUBC4后导致陆地棉晚花,表明该基因具有促进开花的功能。GhUBC4正调控开花促进子的表达,并且超表达拟南芥中转录水平较低的GhUBCAlt基因对下游开花整合子的促进作用更明显,说明GhUBC4Alt功能更强,这是早熟棉变异基因型导致开花提前的又一重要原因。本研究揭示了GhUBC4位点变异促进棉花开花的机制,为早熟棉育种提供理论和分子基础。

关键词：陆地棉泛素结合酶 GhUBC4 开花时间基因功能

牡丹PlSEP1基因的鉴定与调控开花时间功能研究

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华北农学报 2023年第2期38卷 51-56页

作者：常艳婷张闻博夏梦思范可可胡晓萌王淑华张雪白一苇张娜胡陶江泽慧国际竹藤中心园林花卉与景观研究所国家林业和草原局/北京市共建竹藤科学与技术重点实验室北京100102

SEPALLATA1(SEP1)基因是重要的MADS-box家族基因,在植物开花时间调控中发挥重要作用。为明确牡丹中PlSEP1基因在牡丹开花过程中的生物学功能及表达特性,进一步了解其参与开花时间调控的机制,基于前期得到的牡丹二次开花品种海黄花芽发... 详细信息

SEPALLATA1(SEP1)基因是重要的MADS-box家族基因,在植物开花时间调控中发挥重要作用。为明确牡丹中PlSEP1基因在牡丹开花过程中的生物学功能及表达特性,进一步了解其参与开花时间调控的机制,基于前期得到的牡丹二次开花品种海黄花芽发育过程转录组数据中筛选到的一个MADS-box家族基因PlSEP1,应用实时荧光定量PCR检测PlSEP1基因在牡丹花芽发育过程中的相对表达量,通过在拟南芥中过量表达PlSEP1基因探究其发挥的功能。结果显示,获得的PlSEP1基因具有735 bp的CDS序列,共编码244个氨基酸。经生物信息学分析得知,PlSEP1编码的蛋白具有稳定的亲水性,并且不含信号肽。进化分析显示,PlSEP1与拟南芥、大豆亲缘关系较近;亚细胞定位发现,PlSEP1蛋白在细胞核中表达;实时荧光定量PCR结果表明,PlSEP1在花芽中表达量最高,且在分化期达到最高。拟南芥中过量表达PlSEP1会导致开花时间提前,表明PlSEP1参与调控开花过程。

关键词：牡丹 PlSEP1 花芽发育开花时间亚细胞定位

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植物开花时间的遗传调控通路研究进展

生物多样性 2021年第6期29卷 825-842页

作者：杨小凤李小蒙廖万金北京师范大学生命科学学院生物多样性与生态工程教育部重点实验室北京100875 北京师范大学生命科学与技术国家级实验教学示范中心北京100875

开花时间对植物的繁殖成功至关重要。广泛分布的物种经常发生开花时间的分化,从而能够更好地适应不同的环境条件。为了探索植物开花行为发生适应性分化的分子机制,首先要明确调控开花行为的遗传通路。本文梳理了植物各类群调控开花时间... 详细信息

开花时间对植物的繁殖成功至关重要。广泛分布的物种经常发生开花时间的分化,从而能够更好地适应不同的环境条件。为了探索植物开花行为发生适应性分化的分子机制,首先要明确调控开花行为的遗传通路。本文梳理了植物各类群调控开花时间的遗传通路,以期为开花时间适应性分化的分子机制研究提供依据。植物从营养生长向繁殖转变时,其开花行为主要受到光照、温度、水分等外界环境因子和赤霉素等内在因素的影响。通过对模式植物拟南芥(Arabidopsis thaliana)和其他类群的研究,总结出了调控植物开花时间的6条通路,包括日照长度和光质影响开花的光依赖通路,长时间冷暴露后促进植物开花的春化通路,高温或低温环境影响开花的温度通路,以及赤霉素通路、年龄通路和自主通路3条内部调节过程。植物开花时间调控的6条上游通路信号传递到下游的开花整合基因FT(FLOWERING LOCUS T)和SOC1(SUPPRESSOR OF OVER-EXPRESSION OF CONSTANS 1),整合基因将这些复杂的调节因子整合后进一步传递到下游花分生组织,从而启动开花。此外,非编码RNA、转座子对开花时间的调控也具有重要作用。部分遗传通路被证实在植物适应环境的过程中起到了重要作用。目前对植物开花调控的研究已经有一百多年历史,理论相对成熟。然而,仍然存在许多具有争议和未解决的问题,如开花基因的表达方式、开花行为的特殊调控机制、开花时间变异的适应性意义等等,需要更进一步的研究。

关键词：开花基因开花时间适合度遗传调控遗传通路

异源表达牡丹PsSPL基因影响拟南芥营养生长与开花时间

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植物生理学报 2016年第8期52卷 1207-1213页

作者：王艳艳管世铭盖树鹏刘春英战新梅张玉喜青岛农业大学生命科学学院/山东省高校植物生物技术重点实验室山东青岛266109

课题组前期已经获得了牡丹（Paeonia suffruticosa）SQUAMOSA启动子结合蛋白基因（PsSPL）的全长cDNA,本研究在此基础上,实时定量PCR（quantitative real-time PCR,qPCR）分析PsSPL基因在初花期牡丹的营养器官根、茎、叶和花器官花瓣、... 详细信息

课题组前期已经获得了牡丹（Paeonia suffruticosa）SQUAMOSA启动子结合蛋白基因（PsSPL）的全长cDNA,本研究在此基础上,实时定量PCR（quantitative real-time PCR,qPCR）分析PsSPL基因在初花期牡丹的营养器官根、茎、叶和花器官花瓣、萼片、雄蕊中的表达特性,结果表明PsSPL基因在根中表达水平最高,在茎、花瓣和叶中次之,在雄蕊和萼片中表达水平最低。本文构建了牡丹PsSPL基因的超表达载体并在野生型拟南芥中异源表达,分析鉴定了3个转基因株系。通过表型观察分析,发现异源表达PsSPL基因的拟南芥开花时间较野生型提前了约3 d,莲座叶减少了2-3片。PCR结果表明PsSPL基因通过促进LFY基因从而促进开花提前,同时发育早期的根长增长,营养生长结束后株高增高。可见,PsSPL基因的功能不是单一的,它在植株营养生长和生殖生长等方面都发挥了重要作用。

关键词： PsSPL 表达模式异源表达开花时间营养生长

转录因子ZHD9调控拟南芥免疫与开花时间分子机制的初步解析

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转录因子ZHD9调控拟南芥免疫与开花时间分子机制的初步解析

作者：余金蔚浙江大学

学位级别：硕士

植物在与病原微生物长期互作的过程中,进化出了一套复杂而精密的免疫系统以抵御病原侵害,确保自身正常生长。ZHD(Zinc Finger Homeodomain)蛋白是植物特有的一类转录因子,由HD(Homeodomain)和ZF(Zinc Finger)两个结构域组成。ZHD家族由... 详细信息

植物在与病原微生物长期互作的过程中,进化出了一套复杂而精密的免疫系统以抵御病原侵害,确保自身正常生长。ZHD(Zinc Finger Homeodomain)蛋白是植物特有的一类转录因子,由HD(Homeodomain)和ZF(Zinc Finger)两个结构域组成。ZHD家族由ZHD及其亚家族MIF(Mini Zinc Finger)组成,以同源和异源二聚体的形式与靶基因结合,参与调控植物的生长发育、对生物和非生物胁迫响应等生物学过程。目前的研究多数为生物信息学的分析以及表型的鉴定,其中的分子机理有待探索。本文初步解析了拟南芥中ZHD9在植物免疫和开花时间调控中的功能及分子机制,主要研究结果如下:植物激素茉莉酸(Jasmonic Acid,JA)是影响植物免疫反应的重要因素,在植物抵御坏死营养型病原菌的侵染中,JA可激活免疫信号转导通路从而使植物产生抗病反应。本文通过前期实验发现,拟南芥中ZHD9的缺失增强了植物对坏死营养型病原菌灰葡萄孢菌(Botrytis cinerea)的抗性和对JA衍生物茉莉酸甲酯(Methyl Jasmonate,Me JA)的敏感性,并且zhd9突变体中编码JA阻遏蛋白JAZs(JASMONATE ZIM-DOMAIN)中的JAZ2/3/4/5/6/9/10/11/12基因转录水平降低而抗病基因PR5(Pathogenesis Related Gene 5)转录水平升高,这些结果表明ZHD9可能通过影响JA途径负调控植物对B.cinerea的抗病性。在植物免疫过程中,各种免疫信号通路之间相互影响,发挥拮抗或协同的作用。本文还发现ZHD9正调控植物对丁香假单胞菌番茄致病变种Pst DC3000(Pseudomonas syringae pv.tomato strain DC3000)的抗病性,ZHD9的缺失能影响flg22诱导的活性氧ROS(Reactive Oxygen Species)迸发和MAPK(MitogenActivated Protein Kinase)信号通路的激活,以上结果说明ZHD9的缺失使拟南芥的免疫反应受损。植物的免疫反应与生长发育之间也存在一定平衡。本文发现在长日照和短日照生长条件下,ZHD9的缺失均显著推迟了植物开花时间,通过遗传分析,本文初步确定ZHD9调控植物开花时间依赖于关键开花调控因子FT(FLOWERING LOCUS T)。为进一步探究ZHD9调控拟南芥免疫和开花时间的分子机制,本文进行了酵母双杂交系统筛库,筛选出两个与ZHD9互作的候选蛋白:MIF3和ZHD13。通过遗传分析,初步表明ZHD9以依赖MIF3的方式调控植物对Pst DC3000的抗病性、ROS迸发和植物开花时间,而以不依赖MIF3的方式调控植物对B.cinerea的抗病性。综上所述,本文发现了ZHD9参与调控拟南芥免疫反应和开花时间,并初步探索了其中的分子机制。同时,本研究为ZHD家族的功能研究及转录调控机制的阐明奠定了基础,为抗病遗传育种提供了潜在的新材料。

关键词：转录因子ZHD JA 植物免疫开花时间