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利用基因芯片筛选烤烟早花基因研究获进展(图)

2015年08月13日 来源:云南烟叶信息网站 作者:
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  烟草在线据云南烟叶信息网站报道  烟草发生早花,过早从营养生长转入生殖生长,烟株长势弱、叶数少,叶片窄小、产量和质量降低。有研究表明,与开花时间相关的基因NtSOC1和NtFUL过表达会引起烟草提早开花,烟草中PtGT1基因过表达会导致早花。6月28日刊发的《中国烟草学报》2015年第3期上刊载的论文“利用基因芯片筛选烤烟早花基因初探”,用Agilent烟草全基因组表达谱芯片检测了烟草早花及抗早花品系花芽形成过程中成千上万个基因的表达情况,从中筛选出了13个与花芽分化可能有主要关系的基因,并分析揭示了早花品种和抗旱花品种在花芽形成过程中这些基因的表达差异,为进一步研究烟草抗早花机理及培育抗早花新品种提供了重要参考。

  该研究利用安捷伦(Agilent)烟草全基因组基因芯片对烤烟品种K326及其抗早花变异系华烟06、K326LF花芽分化过程茎尖端基因表达谱进行分析,从中筛选出与花芽分化可能有主要关系的基因:AGL20、CCR2、ELF4、ERD7、CBF1、COR413-PM1、EMF2、VIP4、COL1、AGL17、COL9、FPA、SWN等,其中,COL2、ELF4的表达差异达到了5倍;AGL62、CBF1、SWN、NAP 与FPA的差异大于或等于10倍。

图1 K326、华烟06、K326LF花芽分化过程中与开花相关的基因表达差异比较

图2 各品种(品系)开花相关的主要基因聚类分析

  图中红色区域表示基因上调,绿色区域表示基因下调,黑色表示表达无变化。

  该研究发现,在华烟06和K326LF花芽分化过程中,与开花相关的基因表达具有偏向,整个分化过程中呈大部分上调或者大部分下调;K326花芽分化过程中与开花相关的差异基因不仅种类多,而且既有一部分上调,同时又有一部分下调,没有出现偏向表达。

  聚类分析表明,基因表达受环境影响很大,但不同品种(品系)中调控开花的关键基因仍通过差异表达决定开花。无论早花还是晚花烤烟,在感应到开花信息、达到开花准备的相同时期时,基因调控机制相近。

  基因FPA抑制基因FLC表达促进开花。该研究发现,K326花芽分化过程中FPA的表达从未分化到分化过程中上调了10倍,而在花芽分化过后急剧下降,其对调控K326开花可能有较大影响。调控开花的重要基因AGL20在K326花芽未分化到分化过程中上调了6倍;与K326相比,华烟06花芽分化过程中虽然AGL20也上调了10倍以上,但抑制开花的基因EMF2和COL9在此过程中也出现上调,这应该与华烟06较晚开花有关,同时说明植株开花是基因共同调控的结果。

  CBF家族基因可促进FLC表达,导致植株晚花。本试验中K326分化当天,华烟06和K326LF中CBF1的表达相对K326上调两倍以上,与K326相比,K326LF中促进开花的MADSbox家族基因AP1的表达量低于K326;华烟06中AGL17和AGL20的表达相对K326LF下调,但其却早于K326LF出现花芽分化,这应该与华烟06中FPA相对K326LF上调有关。

  AGL20与AP2相互抑制调控开花,AGL20通过抑制CBFs的表达促进开花。K326和K326LF花芽分化过程中都检测出了AP2,但华烟06中未检测出,这应该与华烟06花芽分化过程中AGL20出现高于10倍的差异变化,从而抑制了AP2的表达有关。

  该研究指出,试验所用烟草芯片中很多基因的功能还未知,许多与开花相关的基因研究仍需要通过合成引物,利用RT-PCR检测、测序、序列比对等技术进行进一步探索,以明确烟草中存在的与早花相关的基因。该研究仅针对烤烟早花品种及其抗早花品系基因芯片的结果进行了分析研究,为烤烟开花相关的基因研究提供了初步的、最基础的分析预测。具体烤烟中该表达片段的序列及其在烤烟中的功能仍有待通过测序、克隆、转基因等进行更深入的研究以明确其在烤烟中的作用。

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