【摘 要】
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花期调控是园林植物育种研究的重要方向之一,调节园林植物提前或推迟开花能够延长植物的观赏时间,可提高园林花卉的经济价值和观赏价值。现在越来越多的研究发现植物不同组织部位的WRKY转录因子在植物对环境变化的适应中能够调控生长发育过程,包括花期调控。本研究首次开展了燕子花花被片WRKY转录因子家族的分析,挖掘到两个与花期调控相关的基因Il WRKY11(Gen Bank登录号:ON399551)和Il
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花期调控是园林植物育种研究的重要方向之一,调节园林植物提前或推迟开花能够延长植物的观赏时间,可提高园林花卉的经济价值和观赏价值。现在越来越多的研究发现植物不同组织部位的WRKY转录因子在植物对环境变化的适应中能够调控生长发育过程,包括花期调控。本研究首次开展了燕子花花被片WRKY转录因子家族的分析,挖掘到两个与花期调控相关的基因Il WRKY11(Gen Bank登录号:ON399551)和Il WRKY22(Gen Bank登录号:ON399552),并进行了基因克隆、生物信息学分析,通过烟草和拟南芥的异源转化进行花期调控功能的验证。本研究成果为解析燕子花花期调控机理及WRKY转录因子的开发利用研究奠定了基础,也为花期调控育种实践提供了新的基因资源。研究成果如下:(1)通过对燕子花花被片的转录组数据分析,筛选得到68条Il WRKY转录因子家族的成员,分析保守结构域和锌指结构发现分布在在WRKY家族3大组中,第Ⅰ组有22条序列;第Ⅱ组有35条序列,其中5条序列属于第Ⅱa组,7条序列属于第Ⅱb组,第Ⅱc组只有1条序列,13条序列属于第Ⅱd组,9条序列属于第Ⅱe组;第Ⅲ组有11条序列。可能参与生物、非生物胁迫的响应和调节生长发育等功能调控。(2)参与花期调控的Il WRKY转录因子主要分布在第Ⅱc、Ⅱd、Ⅱe组。通过相似度较高的同源WRKY蛋白的功能分析,筛选出可能筛选出可能参与花期调控的isoform287969和isoform 51755作为研究对象,命名为Il WRKY11和Il WRKY22。(3)以燕子花总RNA反转录得到的c DNA为模板,克隆获得Il WRKY11和Il WRKY22的基因序列,长度分别为888bp和840bp,编码295和279个氨基酸。生物信息学分析表明Il WRKY11蛋白的分子量是32.291k Da,理论等电点为9.76,分子式为C1398H2237N419O421S20;Il WRKY22蛋白的分子量是30.604k Da,理论等电点为5.02,分子式为C1314H2065N383O435S13。都属于不稳定亲水性蛋白,不存在跨膜结构和信号肽,都具有2个糖基化位点且以丝氨酸的磷酸化为主。同源比对功能预测Il WRKY11蛋白可能在植物的生物胁迫、非生物胁迫、生长发育和花期调控等过程发挥作用;Il WRKY22蛋白可能参与生物胁迫、叶片衰老和开花时间等功能的调控。(4)构建了p CAMBIA1300-Il WRKY11-GFP和p CAMBIA1300-Il WRKY22-GFP植物过表达载体,并通过冻转法转入到农杆菌GV3101中,用注射本式烟草叶片的方法确认了Il WRKY11和Il WRKY22蛋白定位在细胞核中,与预测结果一致;用蘸花法转入到拟南芥中、叶盘法转入到烟草中,通过PCR鉴定确认目的基因都成功插入到拟南芥和烟草的基因组,采用q RT-PCR的方法筛选获得拟南芥T3代和烟草T1代的高表达株系。(5)确定Il WRKY11和Il WRKY22基因参与花期调控:Il WRKY11基因能够正调控拟南芥的开花,抽薹时间和开花时间比对照早了2到3天;Il WRKY22基因推迟拟南芥的开花,抽薹时间和开花时间比对照晚了3.5天;对照和转Il WRKY11和Il WRKY22基因的拟南芥莲座叶数量分别为14.5、13.3和18.1,和开花时间存在相关性。Il WRKY22基因也延迟了烟草的开花时间。两个基因在成花调控中作用相反。(6)通过对转基因拟南芥和转空载对照的成花期相关基因表达的q RT-PCR检测,发现Il WRKY11、Il WRKY22基因都是通过GA20OX基因的高表达和其他途径信号的共同作用参与花期调控的,可能影响年龄途径SPL3的表达决定拟南芥幼年期的长短,或者是春化途径VRN1的表达差异影响的,导致了不同的作用结果。
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