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Sci Rep:中科院版纳植物园徐增富研究组揭示能源植物小桐子LEAFY同源基因(JcLFY)调控开花时间和花器官发育

摘要 : 2016年11月21日,国际学术权威刊物自然出版集团旗下子刊《Scientific Reports》杂志在线发表了中国科学院西双版纳热带植物园能源植物分子育种研究组徐增富研究员的一篇研究论文,论文揭示了能源植物小桐子LEAFY同源基因(JcLFY)调控开花时间和花器官发育机制。

 2016年11月21日,国际学术权威刊物自然出版集团旗下子刊《Scientific Reports》杂志在线发表了中国科学院西双版纳热带植物园能源植物分子育种研究组徐增富研究员的一篇研究论文,论文揭示了能源植物小桐子LEAFY同源基因(JcLFY)调控开花时间和花器官发育机制。唐明勇博士为论文第一作者,徐增富研究员为论文通讯作者。

开花是高等植物发育过程中最重要的阶段之一,是连接植物营养生长和生殖生长的桥梁。在拟南芥等模式植物中已经发现了五条调控开花的路径,LEAFY(LFY)是调控拟南芥开花的关键因子。小桐子 (Jatropha curcas)属于大戟科,为多年生木本植物,其种子油是加工生产生物燃油的优质原料。然而,小桐子开花习性不稳定,导致种子产量低,目前尚不能满足工业化生产的需要。此外,小桐子较长的童期影响其发育生物学与育种研究。

研究人员通过Rapid Amplification of cDNA Ends (RACE)的方法克隆了小桐子中LFY同源基因JcLFY的全长cDNA,并通过在拟南芥和小桐子中超量表达JcLFY的方法分析其功能。序列同源比对结果显示,JcLFY与其它植物LFY的相似性为66%~88%。JcLFY主要在小桐子花序芽、花芽和心皮中表达,且花芽发育早期的表达量最高;与拟南芥不同,外源赤霉素处理的结果显示JcLFY的表达量不受赤霉素的诱导。超量表达JcLFY的拟南芥出现极度早花现象,同时还伴有终端花和单花的出现。超量表达JcLFY能恢复拟南芥LFY功能丧失突变体lfy-15的晚花和多分枝的表型。基因芯片杂交分析和实时荧光定量PCR检测结果显示超量表达JcLFY的拟南芥中一些花分生组织决定基因和花器官发育基因的表达量都上升。超量表达JcLFY的小桐子出现轻微的早花现象,但JcLFY共抑制的转基因小桐子植株中没有出现明显晚花表型。JcLFY共抑制植株的花序结构、花器官排列模式、数量以及果实形态等都发生了明显的变化。在JcLFY共抑制植株的花芽中一些花分生组织决定基因和花器官发育相关基因的表达量都降低。以上结果说明,JcLFY参与调控花分生组织起始、花器官数目和形态以及果实发育;JcLFY是拟南芥LFY的同源基因,但JcLFY并不是调控小桐子开花的主要决定因子。

JcLFY共抑制的转基因小桐子植株花序分枝增多,花发育异常

原文链接:

An ortholog of LEAFY in Jatropha curcasregulates flowering time and floral organ development

原文摘要:

Jatropha curcas seeds are an excellent biofuel feedstock, but seed yields of Jatropha are limited by its poor flowering and fruiting ability. Thus, identifying genes controlling flowering is critical for genetic improvement of seed yield. We isolated the JcLFY, a Jatropha ortholog ofArabidopsis thaliana LEAFY (LFY), and identified JcLFY function by overexpressing it in Arabidopsis and Jatropha. JcLFY is expressed inJatropha inflorescence buds, flower buds, and carpels, with highest expression in the early developmental stage of flower buds. JcLFYoverexpression induced early flowering, solitary flowers, and terminal flowers in Arabidopsis, and also rescued the delayed flowering phenotype of lfy-15, a LFY loss-of-function Arabidopsis mutant. Microarray and qPCR analysis revealed several flower identity and flower organ development genes were upregulated in JcLFY-overexpressing Arabidopsis. JcLFY overexpression in Jatropha also induced early flowering. Significant changes in inflorescence structure, floral organs, and fruit shape occurred in JcLFY co-suppressed plants in which expression of several flower identity and floral organ development genes were changed. This suggests JcLFY is involved in regulating flower identity, floral organ patterns, and fruit shape, although JcLFY function in Jatropha floral meristem determination is not as strong as that of Arabidopsis.

来源: Scientific Reports 浏览次数:0

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