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JrCOs和JrNFYs蛋白协同调控J

来源:石蜡 时间:2023/10/2

目的:核桃(JuglansregiaL.)是我国重要的经济林树种,研究核桃的花芽分化对于其品种改良、提质增产具有重要意义。

先前的研究表明,一些GRAS(GIBBERELLIN-INSENSITIVE,Repressorofga1-3andSCARECROW)成员在分生组织发育中起着重要作用。花芽分化伴随着顶端分生组织的持续分化,为了更好地理解核桃花芽分化的分子机制,探究是否有GRAS基因参与了核桃的花芽分化调控,对核桃中的GRAS基因家族进行研究。

此外,CO(CONSTANS)基因、NF-Y(NUCLEARFACTORY)基因以及FT(FLOWERINGLOCUST)基因均为花芽分化过程中的关键调控基因,且在模式植物中有关于CO蛋白及NF-Y蛋白,单独或者联合调控成花基因FT的报道。因此,探究在核桃花芽分化过程中JrCOs蛋白和JrNF-Ys蛋白协同调控JrFT基因转录的潜在作用机制,以期补充和完善核桃花芽分化的分子调控网络。

方法:通过石蜡切片试验,对新疆轮台地区的四个核桃品种和阿克苏地区的两个核桃品种,处于生理分化和形态分化临界期前后的雌花芽形态变化的连续观察,对新疆核桃雌花芽的分化时期进行划分。

基于生物信息学分析方法如进化分析、多序列比对、模体预测、共线性分析、共表达分析、实时荧光PCR表达验证及蛋白互作预测,对核桃的GRAS基因家族进行鉴定分析。选取早实核桃品种‘新新2号’处于不同分化时期的雌花芽样品和与雌花芽形态分化始期同期叶芽样品,构建转录组测序文库,筛选雌花芽分化的关键调控基因,并从中克隆FT基因、FT基因启动子、CO基因和NF-Y家族基因。构建3个核桃CO基因、20个核桃NF-Y基因及核桃FT基因启动子的表达载体,通过酵母杂交试验探究了核桃NF-Y蛋白和CO蛋白对FT基因转录的潜在作用机制。

结果和结论:

(1)通过石蜡切片试验观察核桃雌花芽在生理分化和形态分化的临界分化期前后的形态分化,将雌花芽分化阶段简单化分为:F_1(形态未分化期)、F_2(形态分化始期)和F_3(雌花原基分化期)。

(2)在核桃的全基因组中鉴定出52个GRAS基因,将核桃GRAS基因家族划分为9个亚家族。基因复制分析表明,核桃中7个GRAS基因在拟南芥和葡萄中存在垂直同源基因,其中5个在核桃基因组内发生了基因复制。对核桃GRAS基因表达分析表明,JrCIGRa-b和JrSCL28a在雌花芽和叶芽间差异表达(p0.01),JrCIGRa-b和JrSCL3b-d雌花芽发育不同阶段差异表达(p0.01),此外,通过共表达分析鉴定出了3个核心调控基因(JrGAIa、JrSCL3f和JrSHRc),这些GRAS基因可能在核桃顶端分生组织发育中起着重要的调控作用。

(3)采集核桃雌花芽样品F_1、F_2和F_3及与叶芽样品JRL进行转录组测序和分析,共获得个unigene,长度从bp到bp不等。对差异表达基因(DEGs,DifferentialExpressionGenes)的分析表明,F_1vsF_2、F_1vsF_3和F_2vsF_3三个组合中分别存在、和个差异表达基因。比较F_2vsJRL结果表明,雌花芽与叶芽之间存在个差异表达基因。

在所有的差异表达基因里,筛选到了与开花时间相关的31个差异表达基因,并根据它们的表达量构建共表达网络,筛选出JrCDF-2(CYCLINGDOFFACTOR2)、JrCDF-3、JrPRR7(PSEUDORESPONSEREGULATOR7)、JrPRR7-1、JrPRR7-2、JrTPS1-1(TREHALOSE-6-PHOSPHATESYNTHASE1)可能为调控开花时间的核心差异表达基因。此外,对18个与开花时间相关的差异表达基因进行实时荧光PCR实验验证。

(4)通过转录组测序数据筛选到了核桃的FT基因,并成功克隆FT基因bp的CDS。

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