FT基因在乙烯诱导凤梨开花中的作用机制研究

In cultivation of bromeliads, such as pineapple and ornamental bromeliads, flowering stimulation by flowering-inducing agents, such as ethylene, is a key technology. The mechanism of ethylene induced flowering is contributed to improving the quality of flower. Our previous study showed that the FLOWERING LOCUS T (FT) increased the most quickly to ethylene treatment than any other genes. Overexpressing FT gene caused early flowering of tobacco. In this project, we will use Aechemia fasciata 'Morgana' as materials, isolate FT promoter, link reporter gene GUS, transgene A. fasciata, analyse the response characteristics of FT promoter to ethylene and confirm the core region. Then, according to that the ethylene induced flowering is age-dependent in bormeliads, we will select the related genes to ethylene induced flowering by using transcriptome sequencing and double contrast, analyse the effects of FT on the flowering related genes, identifying the synergistic effect of FT and the flowering related genes in stimulating flowering. These above studies may clarify the role and mechanism of FT gene in ethylene induced flowering, offer theory for manipulating the ethylene signal-flowering pathway in order to improve the quality of flowering stimulated by ethylene, and add new contents for the theory of ethylene regulate plants development.

凤梨科植物包括重要花卉（观赏凤梨）和水果（菠萝），乙烯催花是凤梨栽培生产中普遍使用的技术，但是理论依据匮乏，其中乙烯信号与开花途径整合这一关键环节的机制更有待揭示。本项目在前期研究中发现凤梨FLOWERING LOCUS T(FT)基因表达量在乙烯处理后迅速增加，超表达后使烟草明显早花。在此基础上，本项目以蜻蜓凤梨为材料，分离FT基因启动子，连接报告基因，转化蜻蜓凤梨，分析FT基因启动子的乙烯响应特性，确定FT基因对乙烯处理的迅速响应是否源于启动子；基于乙烯诱导凤梨开花受年龄限制，通过双重比较不同样品的转录组数据，获得凤梨开花相关基因，转基因和基因表达分析技术研究FT基因表达对其他开花相关基因的影响，解析FT基因对开花的作用机制，从而阐明凤梨FT基因响应乙烯信号并促进开花的作用机制，为通过生物技术调控乙烯信号-开花途径以提高凤梨乙烯催花质量提供理论依据，为乙烯调控植物发育理论增加新的内容。

施加外源乙烯促进凤梨开花是生产上普遍采用的技术，但分子机理一直不清。本研究以重要的热带花卉蜻蜓凤梨以及重要的热带水果菠萝植株为研究对象，采用组学分析结合遗传学、分子生物学等技术和手段解析了乙烯诱导凤梨开花的分子机制。遗传学数据显示，过表达蜻蜓凤梨Flowering Locus T 2（AfFT2）的转基因株系显著早花，成花基因SUPPRESSOR OF OVEREXPRESSION OF CONSTANS 1 (AfSOC1)、LEAFY (AfLFY)以及花形态决定基因APELATA 1 (AfAP1)、AfAP3等的转录本表达量显著升高，表明AfFT2是蜻蜓凤梨中重要的成花素编码基因，是蜻蜓凤梨开花通路中的关键因子，通过上调AfSOC1、AfLFY的表达诱导成花；荧光定量PCR（qRT-PCR）数据显示，AfFT2转录本的表达受外源乙烯强诱导，表明外源乙烯通过调控AfFT2的表达促进蜻蜓凤梨开花；酵母单杂交结果显示，乙烯信号通路中的ETHYLENE INSENSITIVE 3（AfEIN3）可直接与AfFT2启动子相互作用，表明乙烯通过其信号因子AfEIN3直接调控成花素基因AfFT2的表达，促进凤梨开花。此外，microRNAs（miRNAs）比较转录组学以及遗传学分析结果显示，乙烯也可通过调控多种miRNAs的表达来影响miRNAs靶标的转录本表达量，最终诱导蜻蜓凤梨开花。更进一步的研究表明，施加外源乙烯还影响了全基因组甲基化水平以及长非编码RNAs（long-non-coding RNAs，lncRNAs）的表达，进而调控菠萝中FT同源基因FTLs的表达，促进菠萝开花。本研究通过多种技术手段解析了乙烯诱导凤梨开花的分子机制，不仅可以用来更好地指导凤梨生产，也丰富了对乙烯调控植物开花机理的认知，具有重要的理论意义和实践价值。