苹果Flowering locus T(FT)基因及其启动子的克隆及表达分析

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开花是植物生命周期的一个重要组成部分,也是果树发育的重要过程。苹果作为多年生木本植物,童期较长,育成一个品种要耗费10~20年,因此研究苹果开花的分子机理,对果树育种及其遗传研究都具有重要的意义。一方面,缩短童期可以加速果树的遗传改良和试验研究进程。另一方面,可以实现果树的早实丰产。Following locus T(FT)基因在拟南芥和瓜类等植物中被证明为“成花素”类物质,决定着开花时间,可激活花分生组织特征基因,诱导植物开花。对果树FT同源基因表达调控规律及其功能的研究,有利于了解果树成花和阶段转变的分子机理,为进一步利用基因工程改良品种提供依据。1,苹果FT基因的克隆与表达分析为探明苹果FT同源基因的功能和表达规律,本研究以‘富士’苹果为材料,获得了长为598 bp的FT基因的cDNA序列,命名为AdFT3(GenBank登录号:GQ465756)。经PCR克隆和序列分析验证,结果表明,该cDNA序列具有完整的开放阅读框(ORF),推测编码174个氨基酸。其氨基酸序列与苹果MdFT2 (FJ555224).苹果MdFTL(AB161112)、桃PpFT(EU939302)、杨树PdFTL1 (AY515152)和葡萄VvFT(EF157728)的FT/FTL同源性分别为99.4%、93.7%、96.6%、87.4%和89.1%。进化分析表明,MdFT3属于PEBP家族中的FT亚家族,与桃PpFT和果梅PmFT亲缘关系最近,与黑杨PnFT.柑橘CiFT和枳CTRSFTL1等亲缘关系较远。采用半定量RT-PCR分析MdFT3基因在苹果种子、幼果、不同时期的叶片、以及花的不同时期、不同器官和组织中的表达水平,结果表明:MdFT3基因在种子、幼果、叶以及花中均有表达。在叶片中,MdFT3基因的表达随叶片发育呈下降趋势,叶芽中的表达量较高。在种子中MdFT3基因表达量较低。在花器官中,随着花器官的发育,MdFT3基因的表达整体呈下降趋势,以小蕾期的表达量最高。花器官中,花药和子房的表达量高于花瓣、花萼和花丝。2,苹果FT基因启动子的克隆及序列分析启动子作为转录水平上的一种重要调控元件,严格调控植物基因表达。本实验应用PCR技术从‘富士’苹果中克隆了1条长为1620 bp的基因组DNA序列,该序列含有3个内含子和4个外显子,编码174个氨基酸,与苹果FT同源基因有99%的同源性。采用基因组步移法克隆了FT基因的5’侧翼序列1784 bp,拼接后的苹果FT基因及启动子序列共3250 bp,命名为MdFT-P(GenBank登录号GQ148775)。用PLACE.PlantCARE在线启动子预测工具分析表明:该序列含有5UTR Pyrich stretch序列和启动子的特定结构,如TATA-box、CAAT-box等保证转录的精确起始和转录频率。另外含有一些顺式作用元件如ABRE、GARE-motif、CGTCA-motif、光响应元件和一些其他的调控序列,由此推测苹果MdFT-P基因的表达可能受ABA、GA、MeJA和光等因素的调控。3,苹果FT启动子连接GUS基因植物表达载体的构建及GUS因的瞬时表达分析为了进一步研究并验证苹果FT基因启动子的功能和表达调控规律,根据已经克隆的MdFT-P基因启动子序列(GenBank登录号GQ148775),及其MdFT-P基因5’上游启动子序列不同元件的分布情况,设计5条PCR引物,并在其5’端分别引入相应的酶切位点,扩增MdFT-P基因5’上游启动子的不同区段(-1~-167;-1~-300;-1~-787;-1~-1102;-1~-1585),将扩增产物酶切后连接植物表达载体pYH4215,替代pYH4215载体35S::GUS的35S启动子,构建MdFT-P基因启动子不同区段连接GUS基因的植物表达载体。将MdFT-P基因不同长度启动子连接GUS基因的植物表达载体,采用农杆菌介导法转化到烟草叶片中,经GUS组织化学瞬时染色,结果表明5个缺失片段均具有启动子活性,随着启动子区域的扩大转录活性升高。通过研究MdFT-P基因缺失启动子区域的活性并确定转录调控的结构域,对深入研究FT基因转录调控机制提供了指导。
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