二穗短柄草VILs基因对开花时间的调控机理研究

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植物开花转变受到光周期、温度等环境因素和自身发育进程等内部因素的综合调控,表观遗传学修饰在这些开花途径中扮演重要角色。VIN3家族基因的表达受外界环境因素的影响,并协同Polycomb Repressive Complex2(PRC2)复合体对开花关键基因染色质位点进行H3K9me2和H3K27me3修饰,使靶基因处于转录惰性状态,从而对开花时间进行调控,因此VIN3家族基因是外界环境与植物开花关键基因之间的桥梁。VIN3家族蛋白在植物中的组蛋白修饰作用机制是相对保守的,但其对环境信号的感应及具体的靶位点在植物不同类群中却有所区别。本研究以短柄草VIN3 Like(VIL)基因为研究对象,通过构建BdVIL4,5RNAi植株,分析了BdVIL4,5对短柄草开花时间和穗型发育的影响,并分析了它们的调控机理,并得出以下主要结论:  (1)短柄草基因组上共有5个VILs基因座位,其编码蛋白具有VILs蛋白典型的PHD finger、FNⅢ和VID三个结构域。通过序列比对分析,发现VILs蛋白在禾本科植物和拟南芥等双子叶植物中有不同的进化分支,拟南芥中对春化记忆有关键作用的VIN3在禾本科植物中并不存在类似物。VRN5在拟南芥春化和光周期开花途径中起重要作用,在短柄草中有三个进化距离较近的同系蛋白BdVIL2、BdVIL4和BdVIL5。  (2)BdVIL2-5都受春化不同程度的诱导。在不同光周期条件下,BdVIL2、3无明显的表达差异,BdVIL4、5表达有明显区别,即BdVIL4在长日照条件下的表达高于短日照,BdVIL5则相反。BdVIL4在幼嫩的组织中优先表达,而BdVIL5在植株各部位表达都较高,在茎秆和顶端表达量略高。  (3)BdVIL4与BdVIL5都受较低温度(13℃)抑制,与之相反,miR156在较低温度下积累。结果表明BdVIL4 RNA干扰不影响植株对光周期和春化的感应。在白天25℃/晚上13℃处理后,在BdVIL4,5RNAi植株中,miR156的表达都被上调,且BdVIL4 RNAi植株表现明显晚花,并伴随miR156的靶基因SPLs以及开花关键基因BdFTLs的表达降低。因此BdVIL4和BdVIL5都参与由miR156介导的环境温度波动影响开花调节途径。以上分析说明,BdVIL4和BdVIL5能抑制miR156表达,并且这表现部分功能冗余,从而间接上调SPL基因表达,最终解除BdFTL1和BdFTL2的表达抑制进而促进开花。  (4)野生型Bd21植株穗只有一级分支,且数量在1-5之间,而BdVIL4 RNA干扰使得穗分枝增多,达到6-7个,个别植株的穗还出现了二级分枝,这与SPL基因的功能一致。因此BdVIL4 RNAi植株的穗分支增多很可能是miR156表达被提高导致的。
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