CN115927361A

CN115927361A - 一种球根花卉开花调控和花瓣衰老相关基因TgFTS1及其应用

Info

Publication number: CN115927361A
Application number: CN202210271068.8A
Authority: CN
Inventors: 王艳平; 产祝龙; 陈欣晨; 王森
Original assignee: Huazhong Agricultural University
Current assignee: Huazhong Agricultural University
Priority date: 2022-03-18
Filing date: 2022-03-18
Publication date: 2023-04-07
Anticipated expiration: 2042-03-18
Also published as: CN115927361B

Abstract

本发明属于植物基因工程技术领域，具体涉及一种球根花卉开花调控和花瓣衰老的相关基因及其应用，所述基因为TgFTS1基因，其核苷酸序列如SEQ ID NO:1所示，FTS1基因的氨基酸序列如SEQ ID NO:2所示。通过农杆菌介导的稳定转化拟南芥植株的表型分析，表明该基因具有调控植物花瓣衰老和脱落的显著功能，具体表现在TgFTS1超表达转基因拟南芥的花期显著延长，花瓣萎蔫及脱落时间明显晚于野生型植株；该基因能够显著影响植物生长发育的其他方面，包括株高、叶片大小及育性等。该基因的发现，为改良球根花卉花期、延缓花瓣衰老和脱落、延长鲜切花瓶插期、以及株型改良等相关新品种的培育提供了新的基因资源。

Description

一种球根花卉开花调控和花瓣衰老相关基因TgFTS1及其应用

技术领域

本发明涉及植物基因工程技术领域，具体涉及一种球根花卉开花调控和花瓣衰老的相关基因及其应用。

背景技术

郁金香(Tulipa gesneriana L.)是百合科郁金香属多年生草本植物，其主要的应用形式包括切花、盆栽以及花海营造，在国际花卉贸易中占有重要地位。经过数百年的培育，郁金香现有栽培品种超过8000个，不同品种的花期长短具有显著差异。开花时间和花期长短是衡量郁金香切花和盆花经济价值的一个重要指标。大多数郁金香品种的单朵花期为5～7天，远远短于其他主流切花品种如菊花、香石竹等。花朵衰老的速度和方式决定了郁金香花期的长短。前期研究表明郁金香的花朵衰老包括花瓣脱落型和花瓣萎蔫型两种类型，其中，前者衰老的主要特征是花瓣基部形成离层，脱离母体植株，预示着观赏期的结束；而后者花朵衰老的主要特征是花瓣萎蔫、褪色，最后干枯的花瓣附着在茎秆上。

植物授粉成功是花朵衰老或脱落的启动信号之一，以便于将更多的养分供给种子和果实的发育成熟。而生产上郁金香主要通过种球分株进行营养繁殖，因此，阻止郁金香花朵授粉在一定程度上也能达到延缓花朵衰老、延长观赏期的目的。目前关于植物器官衰老机理的研究主要集中在叶片上，而对于花朵衰老机理的探究则相对较少。植物的叶片和花瓣无论在形态结构还是在发育生理方面均存在显著差异，因此探究花朵衰老机制并对调控花朵衰老的相关基因进行鉴定，将有助于理解植物花器官衰老和叶片衰老的区别。

除此之外，由于郁金香花期较短，花瓣易于萎蔫和脱落，郁金香鲜切花采后处理成本较高，需要持续低温环境以及特殊包装材料，以减少鲜切花采后损耗，因此培育花期长、花瓣晚脱落甚至不脱落的新品种将大大有利于提升它的经济价值和产业效益。目前，关于郁金香花朵衰老机理的研究较少，人们对于不同品种间郁金香花朵衰老方式的理解和认识还处于初级阶段，尤其是对于调控花瓣脱落的关键基因的鉴定缺乏直接证据。因此，挖掘郁金香的花瓣衰老调控基因，并对其调控机制进行解析是利用分子育种手段、改良郁金香观赏花期的基础和前提。本发明提供了一种郁金香开花调控和花瓣衰老相关基因的发现和鉴定过程，相关研究结果以及基因资源的获得为培育百合科球根花卉新品种提供了新的遗传资源，该基因的应用将会延缓球根花卉花朵衰老、延长郁金香花期、提升郁金香观赏价值和经济效益，在球根花卉的育种、栽培和采后处理领域具有重要的应用价值。除此之外，该基因还显著地影响植株株系发育，因此该基因的发现为“一因多用”、同时进行多个性状的遗传改良育种提供了可行性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种球根花卉花瓣衰老及开花调控和株型调控的相关基因及其应用。

本发明解决上述技术问题的具体方案如下：

一种球根花卉花瓣衰老及开花调控的相关基因，即TgFTS1(Flower Timeand Senescence 1)基因，所述基因的核苷酸序列为SEQ ID NO：1。

进一步的，球根花卉花瓣衰老和开花调控的相关基因对应的蛋白质序列为SEQ IDNO：2。

进一步的，球根花卉花瓣衰老和开花调控的相关基因对应的基因组序列为SEQ IDNO：3。

进一步的，所述球根花卉花瓣衰老及开花调控的相关基因的核苷酸序列可以选自以下序列中的一种或多种：1)SEQ ID NO.1所示的核苷酸序列通过一个或几个核苷酸的取代、缺失、或添加衍生产生的核苷酸序列；2)与SEQ ID NO.1具有至少80％同源性的核苷酸序列。

进一步的，所述的球根花卉为百合科郁金香、百合等具有地下鳞茎膨大的花卉作物。

进一步的，所述球根花卉花瓣衰老和开花调控的相关基因在球根花卉育种中的应用。以上所述的应用中，优选的，所述的植物包括郁金香和百合科其他球根花卉。

本发明的有益效果为：本发明首次提出了郁金香花瓣衰老和开花调控关键基因TgFTS1，该基因作为控制球根花卉花瓣衰老和花期长短的关键调控因子，该基因功能的发现为我们了解百合科球根花卉花瓣衰老脱落的分子机制提供了关键证据。除此之外，该基因还参与调控植物株型发育。该基因的发现，为百合科球根花卉遗传改良和新品种培育提供新的基因资源，相关新品种的培育和推广将大大提升球根花卉的观赏期、降低采后生产成本，同时也为矮化新品种的培育提供了基因资源，具有重要的理论意义和应用潜力。

花瓣衰老和开花时间相关基因TgFTS1在郁金香等球根花卉植物育种中的应用，利用常规生物技术，将该基因的核苷酸序列(SEQ ID NO.1)在植物中超量表达，可以显著延迟花瓣衰老和脱落，同时转基因植株呈现出矮化的表型。该基因可应用于百合科球根花卉作物种遗传改良和新品种培育。

附图说明

图1、郁金香TgFTS1基因结构；

图2、郁金香TgFTS1基因在植物花期改良育种领域中的应用；

图3、郁金香TgFTS1基因在植物株型改良育种领域中的应用。

具体实施方式

以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

球根花卉开花调控和花瓣衰老相关基因TgFTS1的获得：

我们通过对郁金香不同品种间花期长短和花瓣衰老方式的研究中，发现 TgFTS1在不同品种间转录水平存在差异，然后克隆了TgFTS1基因的编码区和基因组序列。异源超表达TgFTS1能够显著延迟花瓣衰老和脱落，同时转基因植株呈现出矮化的表型。该基因编码一个AP2-ERF转录因子，序列进化树分析显示该基因为百合科特有基因，其他物种中没有该基因的直系同源基因，也没有关于该基因相关功能的报道。BLAST序列分析显示TgFTS1氨基酸序列与其他单子叶植物中同源性均低于42％。该百合科特有的控制开花时间、花瓣的衰老脱落以及株型株高的关键基因TgFTS1的CDS序列如SEQ ID NO.1所示，包括816个碱基，蛋白序列如SEQ ID NO.2所示，编码271 个氨基酸。本发明还包括TgFTS1基因的基因组序列的获得，其核苷酸序列如SEQ ID NO.3所示。

本发明所述技术方案，如未特别说明，均为本领域的常规方案；所述试剂或材料，如未特别说明，均来源于商业渠道。

实施例1：

郁金香开花调控和花瓣衰老相关基因TgFTS1(Flower Time and Senescence 1)的获得：

本研究对两个花期长短差异显著的郁金香品种进行比较分析，获得差异表达基因TgFTS1，然后根据郁金香三代全长转录组测序结果，设计特异性引物以品种‘道琼斯’的cDNA为模板对TgFTS1基因进行克隆。测序结果表明，TgFTS1基因编码一个AP2-ERF转录因子。然后以郁金香基因组DNA 为模板，克隆得到TgFTS1的基因组序列，序列分析结果发现TgFTS1基因组序列无内含子，该基因的结构示意图及进化关系见图1。图1中(A)为 TgFTS1编码AP2-ERF转录因子，N端的第1-120个氨基酸具有转录激活活性；(B)为TgFTS1蛋白序列与其他物种同源基因间的进化树分析结果。 TgFTS1蛋白在酵母中具有转录激活活性，且其活性区域位于蛋白N端的 1-120个氨基酸区域。TgFTS1在转录水平受低温显著诱导，暗示其可能参与低温延迟郁金香花朵衰老的调控。

实施例2：

1.郁金香TgFTS1基因在植物花期调控领域中的应用：

将TgFTS1基因的CDS序列(SEQ ID NO.1)构建到pCAMBIA1300载体，并转化农杆菌GV3101，利用浸花法进行拟南芥遗传转化，获得多个超表达 TgFTS1转基因植株，然后比较转基因株系和野生型拟南芥植株在开花时间和花朵衰老过程中的调控作用。实验结果如图2所示，图中OX-3和OX-10 代表两个独立的TgFTS1超表达拟南芥转基因株系，用于说明结果的可重复性，WT代表未经过转基因处理的普通拟南芥对照例。由图2中可看出，OX-3 和OX-10转基因植株的花瓣衰老/脱落的时间明显延迟，在植株生长至第84 天时，转基因株系上依然有大量花瓣未脱落，而此时野生型植株上花瓣已完全脱落、部分荚果已成熟开裂(图2)。图2中(A)-(B)数字序号从小到大为顶端花序及主茎上花朵的位置，野生型花瓣在授粉后快速脱落，而转基因植株的花瓣脱落时间明显延迟。(C)为花瓣萎蔫时间比较分析(n＝30)；(D)第 84天时，转基因植株上依然存有大量花瓣，而野生型植株上花瓣早已全部脱落。实验结果说明超表达TgFTS1基因能够显著延迟植物花瓣衰老和脱落，延迟开花期和观赏期。

2.郁金香TgFTS1基因在植物株型改良领域中的应用：

除此之外，超表达TgFTS1基因能够改变植株的大小和高度。如图3所示，转基因株系OX-3和OX-10转的莲座叶的叶宽和叶长，以及植株高度明显小于野生型拟南芥WT。该结果表明TgFTS1基因除了调控花朵衰老之外，同时参与植株株型调控，在球根花卉株型改良育种，以及矮化型盆栽新品种培育中具有潜在的应用价值。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

序列表

<110> 华中农业大学

<120> 一种球根花卉开花调控和花瓣衰老的相关基因及其应用

<160> 3

<170> SIPOSequenceListing 1.0

<210> 1

<211> 816

<212> DNA

<213> 球根花卉(Bulbine succulenta)

<400> 1

atggccacca cctccgacga cacctccgct ctcgacctca tccgcgcgca cctcctcggc 60

gacatcgccg ccctcgatgg cgtcctcacc tccccacccc tctcccattc ctacctcaat 120

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tctccgatga ggtatcgtca gcttgtggtg acctga 816

<210> 3

<211> 271

<212> PRT

<213> 球根花卉(Bulbine succulenta)

<400> 3

Met Ala Thr Thr Ser Asp Asp Thr Ser Ala Leu Asp Leu Ile Arg Ala

1 5 10 15

His Leu Leu Gly Asp Ile Ala Ala Leu Asp Gly Val Leu Thr Ser Pro

20 25 30

Pro Leu Ser His Ser Tyr Leu Asn Gln Phe His Ser Ile Pro Thr Arg

35 40 45

Leu Met Leu Pro Val Asn His Thr Glu Asp Val Thr Val Ser Asp Phe

50 55 60

Leu Asp Leu Thr Asp Cys Tyr Asn Pro Glu Pro Pro Leu Gln Met Ile

65 70 75 80

Arg Phe Gly Asp Ser Asp Pro Arg Pro Ser Leu Ser Leu Val Val Ser

85 90 95

Leu Pro Pro Ala Thr Lys Val Glu Trp Ala Ala Pro Gln Pro Pro Pro

100 105 110

Pro Ala Val Cys Asp Gly Arg Arg Tyr Arg Gly Val Arg Gln Arg Pro

115 120 125

Trp Gly Lys Phe Ala Ala Glu Ile Arg Asp Pro Asn Arg Arg Gly Ser

130 135 140

Arg Val Trp Leu Gly Thr Phe Asp Thr Ala Ile Glu Ala Ala Arg Ala

145 150 155 160

Tyr Asp Asn Ala Ala Phe Asp Met Arg Gly Arg Lys Ala Ile Leu Asn

165 170 175

Phe Pro Asn Glu Ile Arg Ser Ser Ala Val Pro Pro Gln Pro Gln His

180 185 190

Pro Pro Met Thr Ala Ala Val Gly Val Lys Arg Val Arg Asp Glu Val

195 200 205

Lys Asp Glu Ala Glu Met Arg Pro Val Lys Arg Glu Arg Ser Pro Glu

210 215 220

Thr Glu Ser Glu Pro Glu Gly Asp Val Leu Ser Met Ala Ser Trp Met

225 230 235 240

Glu Val Trp Glu Gly Ser Asp Ile Asn Gly Ser Phe Asn Leu Pro Pro

245 250 255

Leu Ser Pro Leu Ser Pro Met Arg Tyr Arg Gln Leu Val Val Thr

260 265 270

<210> 2

<211> 1044

<212> DNA

<213> 球根花卉(Bulbine succulenta)

<400> 2

caccctctct ttctcgcaca cattccctct tttaacttct ttcgaagcac tcctccctat 60

ataccttcac cgcaaaactc caccaccacc acaagcacca cctctcctac tccaatggcc 120

accacctccg acgacacctc cgctctcgac ctcatccgcg cgcacctcct cggcgacatc 180

gccgccctcg atggcgtcct cacctcccca cccctctccc attcctacct caatcaattc 240

cactccatcc ccacccgcct tatgttacca gttaaccaca ctgaagatgt caccgtctcc 300

gacttcttgg acctcaccga ctgttacaac cctgaaccac ctctacagat gatccgcttc 360

ggagacagtg accccagacc ttcgctatcc ctggtagtct ctctcccacc tgccacaaag 420

gtcgagtggg ccgcgccaca gccgccgccg ccggcagtct gcgacggccg gcggtaccgg 480

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tgggagggga gtgacattaa tgggagcttt aatctgccgc cgctgtcgcc tttgtctccg 900

atgaggtatc gtcagcttgt ggtgacctga ggattttacg acgaaatttg ctggattacg 960

gcgattcttt aatttgattt catgatatac aatgtagaaa gtttgatata tataaatttt 1020

ttcattctta atgtaaaatt gttg 1044

Claims

1.一种球根花卉花瓣衰老和开花调控的相关基因TgFTS1，其特征在于，所述基因的核苷酸序列选自以下序列中的一种或多种：1)SEQ ID NO：1所示的核苷酸序列；2)SEQ IDNO.1所示的核苷酸序列通过一个或几个核苷酸的取代、缺失、或添加衍生产生的核苷酸序列；3)与SEQ ID NO.1具有至少80％同源性的核苷酸序列。

2.权利要求1所述的球根花卉花瓣衰老和开花调控相关基因TgFTS1在郁金香及其他百合科物种花期改良育种中的应用。

3.权利要求1所述的球根花卉花瓣衰老和开花调控相关基因TgFTS1在郁金香及其他百合科物种株型改良育种中的应用。