论文部分内容阅读
植物的生长分为营养生长和生殖生长,后者尤为关键,而在营养生长向生殖生长转变即成花转变,主要受由外界环境信号和内源发育遗传因素调控。合适的开花时间对植物的产量的高低和质量的好坏具有决定作用。拟南芥调控开花时间的途径主要有六条:春化途径、自主途径、光周期途径、赤霉素途径、年龄途径和温度途径。其中FCA基因是自主途径的关键基因,是开花促进基因。从水稻中克隆到的OsFCA与AtFCA相比,同源性很高但OsFCA基因是否调控开花时间仍不明确。而在小麦、大麦、二穗短柄草等主要的温带禾本科植物中,FCA基因是否有功能,若有功能其下游的FLC基因在各物种中是哪个基因,关于这些问题的研究很少。二穗短柄草是一种新兴的温带禾本科模式植物,与小麦、大麦等主要的禾本科粮食作物亲缘关系很近,具有和双子叶植物拟南芥相似的优点:生长周期短、基因组小、生长条件简单和自花授粉,组培技术相当成熟。因此,对于二穗短柄草基因的功能研究有助于我们更好的理解小麦等粮食作物的基因功能。有文献曾预测,二穗短柄草BdMADS37、BdODDSOC1、BdODDOSC2这三个基因可能是FLC-Like基因,并在最近确定BdODDOSC2是二穗短柄草中的FLC基因。所以本研究主要利用反向遗传学手段构建BdFCA RNAi载体和过表达载体来研究BdFCA基因的功能,并对BdMADS37、BdODDSOC1这两个基因的功能进行初步研究,主要结果如下:（1）二穗短柄草中的FCA基因与大麦、小麦、节节麦这三种麦类作物的FCA基因同源性比较高,在进化关系上比较近。BdFCA可以编码保守性非常高的两个RRM结构域和一个WW蛋白结合域的蛋白质。（2）BdFCA RNAi转基因株系表现为晚花,说明二穗短柄草中的FCA基因是有功能的。将BdFCA RNAi转基因株系春化8周后,晚花表型可恢复,说明二穗短柄草中可能存在由FCA基因调控的自主途径。（3）AtFCA过表达表现为轻微早花,而Ubi::BdFCA T1代转基因植株与野生型相比,没有明显的表型。需要获得过表达BdFCA转基因纯系植株,通过观察表型及相关基因定量分析来进一步研究该基因的过量表达是否影响植物开花。（4）系统进化树分析发现,BdMADS37基因与AetMADS51-like基因在进化关系上比较近。BdMADS37编码的蛋白与拟南芥FLC相比,都含有一个保守性很高的MADS domain。（5）BdMADS37基因在植物的不同生长阶段的各个组织器官中均有表达,但在茎尖中表达量相对较低。BdMADS37基因的表达量在植株营养生长期要比抽穗期高。这些结果说明BdMADS37基因可能在营养生长时期发挥功能。（6）用CRISPR-Cas9技术得到的BdMADS37突变体与野生型相比,没有明显的表型。说明BdMADS37基因的功能缺失并不影响开花时间,不是开花抑制子。（7）Ubi::BdMADS37转基因株系在长日照条件下的表型与野生型有明显不同,主要表现为轻微早花、植株变矮、分支数增多、小穗总数增多,种子变小,结种量降低。（8）在长日照条件下Ubi::BdODDSOC1-OXT0代转基因植株与野生型相比,表现为晚花,由于我们获得的转基因株系太少,需要获得更多的转基因株系和相关数据来证明结果的可靠性。