奇亚（Salvia hispanica,又名芡欧鼠尾草、奇雅）原产于墨西哥,奇亚籽富含亚麻酸、蛋白质、膳食纤维、类黄酮等抗氧化剂而具有很高的营养价值,尤其是其亚麻酸是已知油料作物中含量最高的。但是它却是没能大范围引种成功的古印第安重要农作物,近年来随着奇亚的作物学复活并重新进入人们的视线,许多国家已着手研究和试种。由于奇亚短日照习性是阻碍其在中、高纬度区种植的核心因素,首要任务是解析其短日照成花机理,促进引种。LFK[LOV（Light,Oxygen,Voltage）and Kelch repeat-containing F-box]、植物磷脂酰乙醇胺结合蛋白（phosphatidylethanolamine-binding protein,PEBP）、光敏色素（Phytochoome,PHY）家族是植物光周期途径开花的3个重要调控家族的蛋白。本研究克隆了奇亚LFK、PEBP、PHY家族各3、11、5个成员基因的全长mRNA,分析了它们各自的基因和蛋白特征,揭示了唇形目LFK、PEBP、PHY家族基因演化的一些特征,检测明确了它们转录表达的器官特异性特征,以及LFK家族的昼夜节律、季节响应性、激素应答特征和非生物胁迫响应特征。将其中的ShFKF1a和ShFKF1b基因转入拟南芥后阳性植株表现为开花期提早且株高生长进度加快,为深入研究这些位点与奇亚等唇形目植物开花习性的关系打下了基础。1、奇亚LFK家族3个成员基因的克隆、分析和表达特征ShFKF1a、ShFKF1b和ShZTL的mRNA分别长为2204bp、2067bp、2501bp,转录起始位点和poly A加尾位点均具有可变性,分别编码大小为626aa、625aa、623aa的酸性蛋白,均具有PAS domain、F-box domain、Kelch motif三类结构域;ShFKF1a与ShFKF1b间mRNA和蛋白水平的一致率分别为82.8%和95.2%;ShFKF1a与ShZTL间mRNA和蛋白水平的一致率分别为54.4%和73.3%;ShFKF1b与ShZTL间mRNA和蛋白水平的一致率分别为51.9%和73.9%。蛋白保守结构域域、各级结构、亚细胞定位等具有典型特征。进化研究表明,唇形目内的LFK家族基因可以分为两类,一类是ZTL,一类是FKF1,包括奇亚在内的所有唇形目物种均没有LKP2基因。唇形目的这些物种之间,FKF1基因数量多的则ZTL基因数量少,反之FKF1基因数量少的则ZTL基因数量多,FKF1与ZTL之间在编码基因数量上似乎存在负相关协调关系。此外,唇形目物种间FKF1比ZTL歧化更快,似乎在开花性状中体现了更活跃的功能性进化特征。器官表达水平总体来看,ShFKF1两个成员表达相似却又有差异,在幼叶、小蕾、花中表达相似,根中ShFKF1b比ShFKF1a高,而在种子中却相反;ShFKF1总体在奇亚植株生长发育过程中比ShZTL更早迎来表达高峰期,在幼叶中差异较大;在植株成熟后ShZTL基因表达比ShFKF1总体表达水平普遍较高,尤其在种子中差异明显。ShFKF1具有长日照午夜及清晨优势表达,秋分天出现中午和午夜优势表达的特点。ShZTL对昼夜节律和对季节气候的应答较平缓。四类激素处理后,LFK家族基因总体在短日照时的表达量明显高于长日照时的表达量。奇亚FKF1基因在长日照时均能促进表达,在短日照时抑制表达;BR、GA3及IAA在长日照促进ShZTL表达,短日照抑制其表达,KT无论长日照短日照均抑制ShZTL的表达。短日照下,四类激素均抑制ShZTL基因的表达。多种非生物逆境处理后,奇亚LFK的家族基因表达表现为波动或变化后回复到基态或接近基态的水平,但也有一些逆境处理对它们的表达产生了规律性的变化,如伤害处理强烈促进FKF1基因的表达,Na Cl处理后持续抑制LFK家族基因的表达。2、奇亚PEBP家族11个成员基因的克隆、分析和表达特征Sh PEBP1、Sh PEBP2a、Sh PEBP2b、Sh PEBP3的全长mRNA分别为762bp、660bp、660bp、776bp,分别编码176aa、177aa、177aa、179aa的碱性蛋白;Sh PEBP4a、Sh PEBP4b、Sh PEBP5、Sh PEBP6、Sh PEBP7、Sh PEBP8的全长mRNA分别为732bp、687bp、734bp、832bp、735bp、685bp,分别编码173aa、173aa、174aa、174aa、172aa、179aa的碱性蛋白（PEBP5为弱酸性）;Sh PEBP9的全长mRNA为689bp,编码176aa的碱性蛋白。Sh PEBP家族基因均具有转录起始位点和poly A加尾位点的可变性,蛋白均具有PBP结构域,蛋白保守域、各级结构、亚细胞定位等均具典型特征。进化研究表明,总体上唇形目PEBP家族成员数比拟南芥多,拟南芥PEBP家族每个基因在唇形目物种中有1至多个基因与其对应,共有5个同源支。与拟南芥FT/TSF、BFT、TFL1、ATC、MFT对应的奇亚基因分别为Sh PEBP1～Sh PEBP3、PEBP4a～PEBP4b、Sh PEBP5～Sh PEBP6、Sh PEBP7～Sh PEBP8、Sh PEBP9。根据歧化进度推测,在唇形目植物开花性状的进化过程中,MFT可能体现了更活跃的功能性进化特征,BFT最保守,其它基因居中。PEBP家族成员之间在转录表达的器官特异性上差异不大,PEBP3和PEBP7在小蕾中表达很高,其它基因丰度都很低,总体来看它们在蕾中和种子中表达高,其它器官中均低得多。3、奇亚PHY家族5个成员基因的克隆、分析和表达特征奇亚ShPHYA、ShPHYB、ShPHYC、ShPHYD、ShPHYE最长mRNA分别为3874bp、4090bp、3985bp、4048bp、3533bp,转录起始位点和poly A加尾位点具有可变性,尤其在转录起始位点变化较大,它们分别编码为1116aa、1137aa、1126aa、1138aa、1098aa的酸性蛋白,具有GAF、PHY、PAS、His KA（ShPHYC蛋白除外）、HATPase＿c结构域,保守域、各级结构、亚细胞定位等特征均较典型。进化分研究表明,奇亚PHY家族及其它唇形目PHY家族与拟南芥PHY家族形成了4个同源支,奇亚ShPHYA、ShPHYB/ShPHYD、ShPHYC、ShPHYE分别与拟南芥的PHYA、PHYB/ShPHYD、PHYC、PHYE垂直同源。双子叶植物PHY基因数量比较稳定,既不轻易丢失,也不轻易加倍。有趣的是,十字花科内和唇形目内均独立发生了PHYB基因加倍而产生PHYD的现象,有可能是因为双子叶植物均对光敏素PHYB的需求较强。奇亚Sh PHY家族转录表达在种子发育晚期和花发育早期积累高,其它时期都较低,尤其是ShPHYE和ShPHYA在种子发育晚期表达量很高。4、ShFKF1a和ShFKF1b转化拟南芥取得阶段性进展克隆了ShFKF1a和ShFKF1b的编码区,构建了超表达载体pC2301M1DPB-35S-ShFKF1a和pC2301M1DPB-35S-ShFKF1b,采用农杆菌浸花法转化拟南芥后分别得到了7个和6个阳性转基因植株。两种转基因植株均比野生型开花更早,植株更高,初步表明奇亚的2个FKF1基因均具有促进开花的生理功能。本研究是唇形目植物LFK、PEBP和PHY家族基因的探究,将促进奇亚等唇形目植物开花机理研究,也丰富了植物LFK、PEBP、PHY这3个基因家族的进化和表达特征,有助于深入研究奇亚和其它短日照植物开花诱导途径的分子机理。