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华中农业大学胡春根教授课题组证实成花信号FT蛋白可以通过嫁接在柑橘中长距离移动

花匠小妙招
2025-05-04 22:30

“桃三李四柑八年”，说的是柑橘杂交育种或从种子开始种树要经过8年时间才能开花，人一辈子能有多少个8年、一生能做几个回合的杂交育种呢？因此人们期待能够开发一种技术，让育出来的种子很快能够开花，早日尝到结出来的果实是甜还是酸。

近日，华中农业大学园艺植物生物学教育部重点实验室胡春根教授课题组在 Horticulture Research在线发表了题为 Mobility of FLOWERING LOCUS T protein as a systemic signal in trifoliate orange and its low accumulation in grafted juvenile scions 的研究论文，利用“成花素”FT基因，构建了能够在播种后10个月内就开花的转基因材料，试图将其作为砧木促进嫁接在其上面的接穗提早开花，可惜未竟全功。论文揭示了他们获得的柑橘本物种FT转基因砧木，虽然能通过嫁接，将FT从砧木传输到接穗但却不能早花的原因，为进一步克服柑橘开花晚的问题提供了一个新思路和技术改进的方向。

该研究在柑橘常用砧木枳中超表达本物种FT（ToFT）和模式植物拟南芥的FT （AtFT），在获得转基因植株中，无论拟南芥还是柑橘的FT基因都可以促进转基因植株开花，一部分转基因植株极端早花即试管开花（图1）。大部分转基因植株移栽到温室后10个月内开花（图1），相较于未转基因的枳在8到10年开花，大大缩短了开花时间。有意思的是转基因植株开花可以突破季节限制，可以一年多次开花。

图1. ToFT和AtFT可以促进转基因植株开花

为了进一步证实FT是否可以发生长距离运输，利用提早开花的转基因植株作为砧木，非转基因植株作为接穗进行嫁接，观察到FT蛋白可以通过嫁接口移动到非转基因的接穗中；同样，将转基因材料作接穗嫁接到非转基因的枳砧木上，接穗中的FT信号也可以通过嫁接口移动到砧木中（图2）。进一步研究发现运输的机制是保守的，柑橘的FT蛋白可以在番茄中进行运输，模式植物拟南芥的FT也可以在柑橘中进行运输。

图2. ToFT和AtFT蛋白在嫁接柑橘复合体中的移动

柑橘和拟南芥的FT蛋白都可以在番茄中运输并促进非转基因的番茄接穗开花。然而在柑橘中，无论是柑橘还是拟南芥的FT虽然可以在柑橘中进行运输但是都不能促使非转基因接穗在短时间内提早开花。推测可能是移动的FT信号不够强，进一步分析不同嫁接组合中野生型接穗FT蛋白丰度，发现接穗的内源性FT蛋白丰度显著降低。虽然转基因砧木中的FT蛋白可以运输到接穗中，但总FT蛋白的丰度与野生型相比并没有显著提高，可能未达到枳开花的阈值导致不能提早开花（图3），这说明木本植物体内存在一种反馈机制调节FT的表达，是植物经过足够的营养生长不能开花。未来希望进一步改进FT蛋白移动的条件或采取其他载体最终克服这一技术难关。

图3. FT蛋白的转运抑制了内源性FT蛋白的表达

华中农业大学园艺林学学院 胡春根教授和 张金智教授为论文共同通讯作者，博士研究生 吴燕美和 马玉姣（现就职于山东省葡萄研究院）为论文共同第一作者，本研究得到了国家重点研究计划和国家自然科学基金的资助。

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