萝卜RsFLC与RsSuSy基因的分子特征研究

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萝卜(Raphanus sativus L.)是原产于我国的一种重要蔬菜作物,营养丰富,用途多样,在我国蔬菜生产和供应中占有重要的地位,并因其良好的食疗保健作用,受到全世界人们的喜爱。长期以来,人们为选育适合不同栽培季节、不同用途的萝l、品种开展了广泛研究,成功选育出了适合夏秋季、秋冬季、冬春季以及春夏季栽培的萝卜品种,从而使萝卜几乎实现了周年栽培。
  目前,春季晚抽薹萝卜选育、抽薹开花和肉质根膨大机理研究是国内萝卜育种工作与基础研究的重要课题。本研究以早、晚抽薹萝卜品系为材料,观察4℃春化处理10d、20d、30d、40d、50d后花芽分化进程,筛选出萝卜抽薹性状评定指标;对影响春化需求型植物开花调控关键基因FLC(Flowering Locus C)的基因结构、表达特性与春化作用的相关性进行研究;以高、低根冠比萝卜品系为材料,对影响库器官形成的关键糖代谢调节基因SuSy(Sucrose Synthase)的基因结构、表达特性与肉质直根形成的相关性进行研究,以期从分子水平揭示萝卜抽薹开花和肉质直根形成机理。
  花芽分化特征观察表明,萝卜茎尖分生组织花芽分化过程为,生长锥表面形成单花原基后,逐渐分化出萼片原基、雄蕊原基、雌蕊原基与花瓣原基。侧芽原基花芽分化特征与主茎生长锥相同。对不同春化深度处理的不同抽薹萝卜品系进行观察,发现植株至少要达到两叶一心期的营养生长状态才能进入生殖生长,且进入花芽分化状态所需春化处理时间与植株抽薹特性密切相关。以两叶一心期植株进入花芽分化所需最少低温处理时间为指标可快速鉴定萝卜抽薹性状。
  从极易抽薹与极晚抽薹萝卜品系中,利用同源克隆技术成功地分离了萝卜FLC基因(RsFLC)的基因组DNA序列编码区(CDS)和cDNA序列开放阅读框(ORF)。RsFLC基因与其他十字花科蔬菜FLC基因高度同源,基因结构与表达特性相似。所获得的4个RsFLC基因转录本推导蛋白均包含MADS-box和K-box结构域。RsFLC基因的表达特性研究显示,RsFLC基因在茎尖中高水平表达,在根中不表达;与春化作用相关性研究表明,春化作用能够显著降低RsFLC基因的表达水平,降低程度随着萝卜植株材料冬性的增强而减弱,随着春化深度的加深而增强;当RsFLC基因表达水平几乎检测不到时,植株茎尖已经转向了生殖生长。
  对多个不同抽薹特性萝卜品系RsFLC基因序列进行分析,发现左Intron1和Intron2中存在与植株材料抽薹特性显著相关的插入一缺失型差异区域。以此为基础开发出萝卜早抽薹和晚抽薹类型分子标记,可以快速检测RsFLC基因的抽薹类型与纯合、杂合状态。经验证,该分子鉴定方法结果与田间鉴定结果一致。
  以低根冠比萝卜品系为材料,利用同源克隆技术成功地分离克隆到两类萝卜蔗糖合酶基阻RsSuSy1(全长)和RsSuSy6(片段)。RsSuSy1与拟南芥AtSUS1基因结构略有不同,但推测蛋白结构域相似。RsSuSy1转录本包含Sucrose-synth和Glycos_trasf_1结构域,RsSuSy6转录本包含Sucrose_synth结构域,均属于蔗糖合酶基因家族,与糖代谢相关。RsSvSy1基因与RsSuSy6基因的表达特性研究表明,RsSuSy1在肉质根(库)中高丰度表达,不同根冠比品系中RsSuSy1基因表达特性基本一致;高根冠比品系表达丰度高于低根冠比品系;不同发育阶段RsSuSy1表达水平的变化与肉质根库活性的变化趋势基本一致。推测RsSuSy1基因与萝卜肉质根(库器官)的形成与发育密切相关,且其转录丰度与肉质根大小成正相关关系。相比而言,不同根冠比品系中RsSuSy6基因的表达差异较大,其主要表达部位为成熟叶片(源),推测RsSuSv6基因功能为分解蔗糖,为叶片的生长提供能量和底物,与库器官的形成与发育无直接相关性。
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