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跷跷板模型:FT 基因家族调控大豆开花时间

已有 3591 次阅读 2017-11-15 19:44 |系统分类:论文交流

2017年11月9日,New Phytologist 在线发表了中国农业科学院作物科学研究所大豆育种技术创新与新品种培育团队的论文,题为:Functional diversification of Flowering Locus T homologs in soybean: GmFT1a and GmFT2a/5a have opposite roles in controlling flowering and maturation


该论文发现大豆FT基因家族成员GmFT1a 能够延迟大豆开花和成熟,与开花促进基因GmFT2a/GmFT5a 相互拮抗,共同调节大豆的生长发育。该研究还进一步证实了大豆FT 家族基因功能分化的存在及其对大豆发育的重要调节作用。


大豆是短日照植物,比如自贡冬豆(Zigongdongdou,ZGDD)在长日照条件下不开花,经短日照处理再转移至长日照条件时会发生开花逆转现象,据此推测在长日照条件下可能有开花抑制子的存在。本研究发现,自贡冬豆的FT 家族基因GmFT1a 在长日照条件下特异表达,并发现GmFT1a 在不同处理条件下的表达模式与开花促进基因GmFT2a/GmFT5a 完全相反,即在长日照条件下表达量增加,而短日照条件下表达量降低。此外,在短日照条件下,GmFT1a 过表达株系表现为营养生长、生殖生长和整个生育期均明显延长,生物量增加。


根据本研究以及前人的结果,文章提出了FT 基因家族调控大豆开花时间的跷跷板模型(Teeter board model)。这个模型中,E1 是依赖光周期的开关基因,它可以上调开花抑制基因GmFT1a的表达,而下调开花促进基因GmFT2a/GmFT5a的表达。即:

在长日照条件下,开关基因E1 被激活,GmFT2a/GmFT5a的表达受到抑制,而促进GmFT1a(或GmFT4)的表达,此时大豆表现为晚花,具有更长的营养生长期;在短日照条件下,开关基因E1 被抑制,此时GmFT1a(或GmFT4)的表达受到抑制,而促进GmFT2a/GmFT5a的表达,此时大豆表现为早花,更早的转向生殖生长。


调控大豆开花时间的跷跷板模型


文章摘要:

大豆的开花和成熟受光周期的严格调控。将光周期敏感的大豆品种从短日照(SD)转移到长日照(LD)条件下,该大豆品种可以进行开花逆转,表明在LD条件下存在“开花抑制子”。


我们将基因表达谱与转基因植物的研究相结合,证实了GmFT1a(大豆开花基因FT的同系物)是一种开花抑制子。


GmFT1a在叶中特异性表达,这与促进开花的FT同系物GmFT2a/5a类似。自贡冬豆是研究开花逆转的模式品种,该品种中,GmFT1a表达受LD诱导,而受SD条件抑制。这是意料之外的,因为它与开花促进子GmFT2a/5a的表达完全相反。此外,大豆的关键成熟基因E1可能会上调GmFT1a的表达。同样值得注意的是GmFT1a的表达在晚花品种中显著的高。 GmFT1a的过表达延迟了大豆的开花和成熟,证实了GmFT1a起着开花抑制子的作用。


这一发现突出说明了FT基因家族在大豆中的功能多样性的复杂影响,并且暗示在该高度光周期敏感的植物中,抑制和促进开花的FT同系物之间的拮抗作用可以特异的指定营养生长和生殖生长。




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