Rdr基因在控制植株開花時間中的應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及植物基因工程和生物技術(shù)領(lǐng)域。具體設(shè)及RDR基因在控制植株開花時 間中的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 油菜是世界四大油料作物之一。世界油菜栽培面積已達(dá)到2000萬公頃，我國油菜 栽培面積常年穩(wěn)定在700萬公頃，面積和總產(chǎn)均居油菜生產(chǎn)國首位，占世界的1/3(中華人民 共和國農(nóng)業(yè)部.中國農(nóng)業(yè)統(tǒng)計資料.北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2007)。由于油菜在耕作制度和 國民經(jīng)濟(jì)中的重要戰(zhàn)略地位，油菜生產(chǎn)受到越來越多國家的重視。油菜是我國南方主要的 冬季油料作物，主要與水稻、棉花等作物輪作復(fù)種。但因生育期較長，與雙季稻區(qū)一年=熟 有季節(jié)矛盾，因雙季稻收后缺乏遲播(10月中下旬播種)早收(4月中下旬收獲)的油菜品種， 很多雙季稻田為冬閑田。因此需選育熟期適當(dāng)?shù)挠筒嗽缡炱贩N。此外，早熟油菜成熟早，可 W避免生育后期的高溫逼熟或干熱風(fēng)等災(zāi)害的危害，或減輕受害程度，且能為后巷作物及 早騰地，保證后巷作物的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，從而提高糧油周年產(chǎn)量(王必慶，王國槐，早熟油菜生理 生化特性研究進(jìn)展，作物研究，2011，，25(3): 269-273)。官春云等人的研究表明油菜早熟品 種具有W下優(yōu)點：1)油菜早熟品種成熟早，是解決雙季稻與油菜季節(jié)矛盾的根本途徑;2)油 菜早熟品種耐遲播，冬前長勢遠(yuǎn)強于遲熟品種；3)油菜早熟品種成熟早，可避開5月上中旬 高溫逼熟，種子千粒重和含油量均較高(官春云，陳社員，吳明亮，南方雙季稻區(qū)冬油菜早熟 品種選育和機械栽培研究進(jìn)展，中國工程科學(xué)，2010，12 (2): 5-10)。
[0003] 國內(nèi)外早熟性育種，重點是進(jìn)行花期選擇。劉后利等研究表明秋播甘藍(lán)型油菜一 般品種終花后一個月左右成熟，同一地區(qū)，一般早熟品種結(jié)實期較長，在30-40dW上，晚熟 品種結(jié)實期較短，在25-30d左右。W終花期判斷成熟期的遲早是可靠的。初花期的遲早，也 可作為判斷成熟期的參考。高永同等曾對早熟品系的花期與熟期進(jìn)行相關(guān)性測定表明，初 花期與成熟期，終花期與成熟期的相關(guān)系數(shù)都達(dá)到極顯著水平。1975年分別為0.711和 0.454,1978年分別為0.591和0.530(劉后利.油菜的遺傳和育種，上海科學(xué)技術(shù)出版社， 1985.338-339.)。油菜始花期早則終花期也早，因而成熟也早，始花期與終花期及始花期與 成熟期的相關(guān)系數(shù)分別為0.695和0.562,均達(dá)到極顯著水平。因此始花期和終花期均可W 作為生育期選擇的依據(jù)（白淑萍.甘藍(lán)型油菜早熟性狀試管選擇初探，甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報， 1994,29(2): 193-194.)。由此可見油菜開花時間是決定其成熟期早晚的一個重要指標(biāo)。開 花時間越早，成熟期越早?？蒞通過鑒定促進(jìn)油菜早開花的功能基因或分子標(biāo)記來實現(xiàn)油 菜早熟品種培育。
[0004] 在植物的生長發(fā)育過程中，包括營養(yǎng)生長和生殖生長兩個階段，而開花是植物由 營養(yǎng)生長向生殖生長階段轉(zhuǎn)變的最重要的過程。植物為了成功繁衍，除了需要積累足夠營 養(yǎng)外，還要選擇在適宜的外界環(huán)境條件下開花。高等植物的開花誘導(dǎo)過程主要受內(nèi)部因素 和外界環(huán)境因素兩方面決定，內(nèi)部因素主要包括體內(nèi)營養(yǎng)激素水平和遺傳因子，而外部因 素主要有日照長度和溫度。植物適時開花，是在內(nèi)外因素共同作用下，并通過開花基因在時 間和空間上順序表達(dá)，進(jìn)而調(diào)節(jié)植物頂端分生組織發(fā)育來完成的。隨著分子生物學(xué)的不斷 發(fā)展，研究者針對模式生物擬南芥進(jìn)行深入探索，詳細(xì)解析了植物開花時間調(diào)控的分子網(wǎng) 絡(luò)?，F(xiàn)有研究結(jié)果表明，擬南芥(ArabidopsiS thaliana)中有80多個基因位點能夠影響開 花時間，其中大約有20個與晚花有關(guān)化oornneef M.Alonso-Blanco C,Blankest；Un-de Vries H,Hanhart CJ,Peeters AJ,Genetic interactions among late-flowering mutants of Arabidopsis .Genetics, 1998,148(2) :885-892)。已知的擬南芥開花時間調(diào)控 分子網(wǎng)絡(luò)主要由光周期途徑（Phot operiod pathway)、春化途徑（Vernalization pathway)、自主途徑（Autonomous pathway)和赤霉素途徑（G;Lbberellin pathway)四條途 徑構(gòu)成（Mouradov A. ,Cremer F,Coupland G.,Control of flowerin邑 time:interactin邑 pathways as a basis for diversity . Plant Cel1,2002,14: SI11-S130;Simpson G.G. and Caroline Dean,Arabidopsis, the Rosetta stone of flowering time? Science ,2002，296(5566) :285-289)。2009年，研究者又提出了miRNA參與植物開花時間調(diào) 控的第五條信號通路，稱為衰老通路（Aging pathway;Wang J.W.Czech B,Weigel D, miR156-re gulated SPL transcription factors define an endogenous flowering pathway in Arabidopsis thaliana.Cell,2009,138:738-749)〇
[0005] 光周期途徑是研究得最為清楚完整的一條開花調(diào)控途徑。光周期途徑開始于植物 光受體對光信號的感受。已知植物有=種光受體，它們是光敏色素、藍(lán)光受體和紫外光受 體。光敏色素(phy toe虹ome，phy)吸收紅光和遠(yuǎn)紅光，波長范圍為600-750皿;藍(lán)光受體包含 隱花色素（Cirptochrome,cry)和趨光素(phototropin,phot)，它們負(fù)責(zé)吸收藍(lán)光和紫外光 A(UV-A),波長范圍為320-500nm;還有一類是紫外光B(UV-B)受體，吸收UV-B，波長范圍為 282~320nm。研究發(fā)現(xiàn)，擬南芥中，光敏色素基因有P肌A、PHYB、PHYC、PHYD、P肌E共5個，隱 花色素基因有CRYl和CRY2,趨光素基因有PHOTl和PH0T2，UV-B光受體基因為UVR8(Briggs WR.Olney MAPhotoreceptors in plant photomorphogenesis to date . Five phytochromes , two cryptochromes,one phototropin,and one superchrome . Plant Physiol.，2001，125:85-88)。在光周期途徑中，光受體能夠感受不同波長的光源和晝夜長 短的變化，并將光信號傳遞給生物鐘，產(chǎn)生晝夜節(jié)律現(xiàn)象。下游基因GIGANTEA(GI)感受到晝 夜節(jié)律變化后，將信號傳遞給轉(zhuǎn)錄因子CONSTANS(CO)，進(jìn)而誘導(dǎo)其祀位基因化OWE RING LOCUS T(FT)的表達(dá)，從而實現(xiàn)光周期對開花時間的調(diào)控（Simpson G.G. Simpson G.G.and Caroline Dean,Arabidopsis,the Rosetta stone of flowering time?Science,2002, 296(5566): 285-289)。植物通過W上=大光受體系統(tǒng)感受光信號變化，進(jìn)而參與調(diào)節(jié)種子 萌發(fā)、幼苗形態(tài)建成、光合系統(tǒng)的建立和開花時間等多個生理過程（Smith H.， Phytochromes and light signal perception by plants-an emerging synthesis.Na1:ure, 2000,407:585-591)。
[0006] 低溫處理一段時間，可W促進(jìn)植物開花，運一現(xiàn)象被稱為春化作用。自然界中，絕 大多數(shù)越冬植物開花都需要春化，如冬小麥、冬油菜等。而許多作物也進(jìn)化出不需要春化的 品種，如春小麥、春油菜等。Sung等基于擬南芥的研究提出了春化作用的上位性抑制模型 (Sung S.Amasino RM.,Vernalization in Arabidopsis thaliana is mediated by the ?皿 finger protein VIN3.Nature, 2004,427(6970) :159-164):在春化過程中，首先 V邸NALIZATION INDEPENDENT 3(VIN3)起始組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶復(fù)合體(HDAC)去乙酷化功 能，降低化OWERING LOCUS C(化C)染色質(zhì)的特異區(qū)域乙酷化水平；隨后，結(jié)合有VERNALIZA TION 1 (VRNl)和VERNALIZATION 2(VRN2)組分的皿AC甲基化修飾化C組蛋白冊K9和冊K27兩 個氨基酸殘基位點，從而抑制FLC的高水平表達(dá)，促進(jìn)植物開花;同時，可能存在招募異染色 質(zhì)蛋白HP1，導(dǎo)致化C處于能穩(wěn)定存在的抑制性異染色質(zhì)狀態(tài)。另外，植物也能夠通過運一機 制產(chǎn)生對低溫處理"記憶效應(yīng)"。
[0007]當(dāng)植物的光周期等途徑受阻后，自主途徑發(fā)揮作用，感受植物體內(nèi)部的發(fā)育狀態(tài) 變化，結(jié)合環(huán)境信號，促進(jìn)開花。擬南芥中相繼克隆到?！?、。￥、化0少?4少￥6、〇)和。〇(等屯個 基因（Aukerman M. J丄ee I ,Weigel D,Amasino RM,The Arabidopsis flowering-time gene LUMINIDEPENDENS is expressed primarily in regions of cell proliferation and encodes a nuclear protein that regulates LEAFY expression.Plant J.,1999, 18(2):195-203;Chen R.Zhang Suzhi, Sun Shulan,Chang Jianhong,Zuo Jianru, Characterization of a new mutant allele of the Arabic! opsis flowering locus D (FLD)gene that controls the flowering time by repressing FLC.Chinese Science Bulletin，2005,50(23):2701-2706;Lim M.H.Kim J，Kim YS'Chung KS'Seo YH'Lee I，Kim J,Hong CB,Kim HJ,Park CM.,A New Arabidopsis gene,FLK,encodes an RNA binding protein with K homology motifs and regulates flowering time via FLOWERING LOCUS C.Plant Cell,2004,16(3):731-740;Macknight R.Bancroft I,F*age T,Lister C, Schmidt R,Love K,Westphal L,Murphy G,Sherson S,Cobbett C,Dean C.,FCA,a gene controlling flowering time in Arabic! opsis,encodes a protein containing RNA-binding domains .Cell,1997,89(5):737-745；Quesada V.Macknight R,Dean C,Simpson GG.,Autoregu