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2022/04/06 上午9:17:24 星期三
木本植物成花素通过运输促进开花的效率取决于运输距离
发布时间：2022-01-03
作者：唐明勇
植物基因FLOWERING LOCUS T（FT）编码的蛋白质FT也称为成花素（Florigen），可通过整合春化、温度、光周期、激素、年龄以及自主途径等成花转变信号途径调控植物开花，在植物成花诱导过程中发挥重要调控作用。一年生植物的嫁接实验表明，成花素蛋白可以通过嫁接运输，从而诱导接穗开花。但在木本植物中，关于嫁接转运成花素、诱导接穗开花的研究一直没有明确的报道。
研究组通过转基因和嫁接实验发现木本植物小桐子（Jatropha curcas）的成花素（JcFT）可以通过嫁接进行运输，其促进开花的效率取决于运输距离。该研究利用韧皮部特异表达启动子AtSUC2驱动JcFT 超量表达的早花转基因小桐子为砧木，分别用非转基因的植株及其同一个属的其它4种植物，包括棉叶膏桐（J. gossypipifolia）、日日樱（J. integerrima）、珊瑚花（J. multifidia）和佛肚树（J. podagrica）作为接穗，进行嫁接实验。结果显示几乎所有的接穗都能在嫁接后1-2个月内开花（图1），表明成花素在木本植物中也可以通过嫁接进行运输并促进接穗开花。但是随着接穗长度的增加，开花植株所占比例和开花次数均降低。
同时该研究还发现，超量表达JcFT的砧木能够通过运输FT的方式，互补通过RNA干扰（RNAi）策略沉默JcFT基因获得的超过8年未开花的植株表型变化。蛋白质免疫印迹（Western blot）检测结果显示：随着接穗顶芽与砧木之间距离的增加JcFT蛋白质丰度逐渐降低，当接穗长度超过1米后JcFT-RNAi接穗不能再开花，同时在接穗顶芽中也几乎检测不到从砧木运输的JcFT蛋白。这些研究结果表明：多年生木本植物中成花素可以通过嫁接运输并促进接穗的成花转变，但转运到接穗顶芽中的成花素蛋白剂量随着运输距离的增加而减少，因而其促进开花的效率取决于接穗的长短。本研究为多年生木本植物育种提供了策略和材料，通过嫁接的方式可以快速促进非转基因接穗的开花结实，大幅缩短了多年生木本植物的育种周期。
上述研究成果以Efficiency of graft-transmitted JcFT for floral induction in woody perennial species of the Jatropha genus depends on transport distance为题发表在Tree Physiology杂志2022年第一期的封面文章。 多年生植物有较长的童期，通常需要种植后数年到数十年才能开花结实；该研究成果不仅肯定了木本植物中成花素运输特性，同时提供了一种加速多年生植物育种过程的策略，即利用超量表达成花素基因的转基因植物作为砧木，在控制接穗长度的前提下嫁接同一个物种或亲缘关系较近物种的非转基因育种材料，加速开花、从而缩短林木育种周期。
图1. 超量表达JcFT的小桐子（Jatropha curcas）砧木（红色虚线三角以下部分）通过嫁接运输成花素蛋白促进佛肚树（J. podagrica）接穗（红色虚线三角以上部分）开花 ；晚花的小桐子嫁接到超量表达成花素JcFT的砧木上三个月后收到种子
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