【目的】海岛棉成花素类似基因的克隆及生物信息学分析。【方法】利用RT-PCR技术,从海岛棉中克隆成花素FLOWERING LOCUS T(FT)的同源基因,并进行生物信息学分析。【结果】从新海14号花后15 d纤维中,克隆到一个棉花成花素类似基因FLOWERING LOCUS T-LIKE 1,命名为GbFTL1。该基因的开放阅读框为525 bp,编码174个氨基酸。蛋白比对表明GbFTL1和AtFT的相似性为79.3%,和陆地棉GhFTL1的相似性为99.4%,GbFTL1第37位氨基酸为Asn(N),而GhFTL1第37位氨基酸为Ser(S)。GbFTL1含有FT蛋白亚家族两个关键的氨基酸残基及14个保守氨基酸,系统进化树分析表明GbFTL1属于FT亚家族成员。【结论】GbFTL1基因可能为海岛棉中促进开花的基因之一。
通过RT-PCR和RACE技术,从新疆海岛棉品种新海14中克隆得到了一个MFT(MOTHER OF FT AND TFL1)类似基因,命名为GbMFT1基因(GenBank登录号为KC513744)。GbMFT1基因的开放阅读框(ORF)为528 bp,编码175个氨基酸的蛋白,含一个磷脂酰乙醇胺结合蛋白(PEBP)结构域。GbMFT1蛋白的羧基端含有MFT蛋白都含有的脯氨酸。系统进化树分析表明GbMFT1编码产物与葡萄、番茄亲缘关系较近,属于同一进化分支。实时荧光定量PCR分析表明,GbMFT1基因在棉花的不同组织中均有表达,在花瓣中的表达量较高;在纤维发育的不同时期中均有表达,在开花后2 d的胚珠、9 d的纤维中表达量最高。半定量RT-PCR结果表明,GbMFT1基因在刚萌发的种子中表达量高,用不同浓度的ABA处理种子后其表达变化不明显,表明GbMFT1基因的表达不受ABA的调节。
成花素是有一个控制开花位点的基因FT(FLOWERING LOCUS T)编码的产物,成花素FT是植物开花途径中的关键整合因子。而水稻中的Hd3a(HEADING DATE 3a)是拟南芥FT的同源基因,Hd3a蛋白即是水稻中的成花激素,其在叶片中表达并通过微管组织运输到顶端分生组织,同成花素受体14-3-3蛋白结合,然后又附着到另一种转录因子OsFD1(FLOWERING LOCUS D)上形成成花素激活复合体,使开花基因OsMADS15功能活跃起来。文中对水稻成花素Hd3a及其受体14-3-3蛋白分子作用机制的研究进展进行了综述,为进一步研究植物开花分子生物学提供参考。
MOTHER OF FT AND TFL1(MFT)属于磷脂酰乙醇胺结合蛋白(phosphatidyl ethanolamine-binding protein,PEBP)家族,该家族在被子植物中主要起着促进或抑制开花和控制株型的作用。本课题组前期从海岛棉(Gossypium barbadense)中克隆了一个MFT-like同源基因GbMFT2,发现其在种子中表达量较高,并且受ABA诱导。为了进一步探究该基因的功能,本研究首先检测了200 mmol/L Na Cl胁迫海岛棉0、1 h、3 h、6 h、12 h后基因的表达量,表明在盐诱导1 h GbMFT2基因的表达量最高。然后构建了过量表达载体p35S:GbMFT2,并通过农杆菌介导的叶盘法将其转化到普通烟草(Nicotiana tabacum cv.NC89)中,半定量RT-PCR表明GbMFT2基因在烟草中异位表达成功。利用0、100 mmol/L、200 mmol/L、300 mmol/L、400 mmol/L和500 mmol/L Na Cl胁迫不同的转基因株系,表明转基因烟草比野生型烟草更耐盐。再分别测量300 mmol/L Na Cl处理前后的野生型烟草和转基因烟草的脯氨酸含量、POD活性,发现处理后的野生型烟草的脯氨酸含量、POD活性均明显降低,而转基因烟草株系中的脯氨酸含量、POD活性均有明显的提升。研究结果表明,GbMFT2基因能够响应盐胁迫,并增加烟草的耐盐性。本研究可为研究植物MFT-like基因的功能提供了新思路,也为进一步解析棉花发育基因的功能提供了研究基础。
