月季HD

花匠小妙招
2024-11-01 23:46

【摘要】： 花是被子植物的生殖器官。花朵开放是被子植物繁殖过程中的重要事件,是进行异花授粉的前提。花朵开放是大多数花卉作物最主要观赏品质的形成过程,直接决定了花卉产品的质量和经济价值。月季是世界范围内最重要的观赏花卉之一,其花朵开放过程可被植物激素乙烯促进,但往往导致开放异常。但是,对于乙烯导致月季花朵异常开放的内在机制却知之甚少。本研究发现一个乙烯诱导表达的HD-Zip I亚家族转录因子基因,PETAL MOVEMENT-RELATED PROTEIN 1(RhPMP1),初步证明了RhPMP1通过调节花瓣基部不对称生长参与了乙烯促进的花朵开放。1)乙烯促进花瓣基部的不对称生长来促进花朵开放。在花朵开放过程中(2级到5级),花瓣基部表现出剧烈的弯曲和突起,厚度增加。而且基部形态的变化是由花瓣基部上表面细胞分裂和扩展增加引起的。乙烯处理后,将月季大部分花瓣去除后,花瓣基部仍然可以响应乙烯,表明花瓣运动不依赖于花瓣上部的扩展。横向半薄切片结果显示,处理24 h后,乙烯促进花瓣基部上表面薄壁细胞膨大,花瓣基部外部形态和解剖结构与完全开放花朵(5级)的花瓣基部类似,表明乙烯引起的花朵开放和花瓣基部发育模拟了自然开放过程。2)RhPMP1参与调控花瓣基部不对称生长,进而影响花朵开放。对乙烯处理和未处理的月季花瓣基部组织进行了转录组测序,结果显示HD-Zip转录因子基因RhPMP1受乙烯显著诱导表达,并随着花朵开放表达量逐渐升高。乙烯处理后,RhHD-ZIP在花瓣基部上表面的表达量高于下表面。在自然开放过程中,RhHD-ZIP在5级花瓣基部上表面的表达量也高于下表面。通过病毒介导的基因沉默(virus-induced gene silencing,VIGS)技术,在月季植株中沉默RhPMP1基因。RhPMP1沉默植株花朵开放进程显著延缓,表明该基因在花朵开放和花瓣运动过程中发挥着重要的作用。RhPMP1沉默植株通过减少花瓣基部上表面薄壁细胞层数和细胞面积减弱花瓣基部不对称生长。并且RhPMP1沉默植株可通过削弱花瓣基部不对称生长减弱乙烯诱导的花朵开放进程。3)RhPMP1是乙烯信号初级转录因子RhEIN3的直接下游基因。酵母单杂交和凝胶阻滞试验结果显示,乙烯信号下游初级转录因子RhEIN3可以直接结合在RhPMP1启动子上,并激活RhPMP1表达。双荧光素酶报告分析和染色质免疫共沉淀-PCR(ChIP-PCR)分析表明,RhEIN3可以在体内直接结合在RhPMP1的启动子上。4)RhPMP1通过直接正调控RhAPC3b的表达来促进乙烯诱导的花朵开放进程。通过对RhPMP1沉默花瓣和TRV对照花瓣进行转录组测序发现,细胞扩展和细胞分裂相关功能基因表达下调。通过酵母单杂交筛选,在9个基因中,发现RhPMP1可以直接结合在RhAPC3b基因启动子上。双荧光素酶报告系统和ChIP-PCR分析表明,RhPMP1可以在体内结合RhAPC3b基因启动子并激活该基因表达。RhAPC3b是调控细胞周期的重要复合体APC/C复合体(Anaphase-Promoting Complex/Cyclosome)中的重要组分。APC/C可以同时调控细胞分裂和扩展。RhAPC3b基因的表达模式与RhPMP1相似,随着花朵开放在花瓣基部上表面表达升高。乙烯处理24 h后,RhAPC3b的转录水平在花瓣基部上表面显著升高。RhAPC3b沉默植株表型也与RhPMP1沉默植株表型类似,在月季组培苗中沉默RhAPC3b会减少花瓣基部上表面薄壁细胞扩展和细胞分裂,减弱花瓣基部不对称生长,延迟乙烯对花朵开放的促进作用。综合上述,在花瓣向外张开过程中,乙烯信号途径重要的转录因子RhEIN3通过直接结合在RhPMP1启动子上,促进其转录本在花瓣基部上表面积累;RhPMP1直接上调RhAPC3b表达,并促进了花瓣基部上表面的细胞分裂和细胞扩展过程,引起花瓣基部不对称生长,促进花瓣向外张开,花朵完全开放。

【学位授予单位】：中国农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019

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