LA百合地下茎生小鳞茎发生规律及分子调控机制研究

Lily is an important bulbous flower and bulb is the asexual propagation material of lily. The production cost of lily was greatly increased because of its poor self-propagation and regeneration ability. LA hybrid lily 'Aladdin' has a strong ability of self - propagation, can form a large number of good quality bulbs at the underground stem leaf axils in a short period of time to achieve cluster effect and rapidly cover the ground, suitable for continuous production for many years without the need to change the bulbs. Therefore, the discovery of the formation mechanism of the strong self - propagation ability is helpful to provide an important theoretical basis and technical guarantee for improving the self-propagation ability of new lily varieties. In the present project, by using morphological, cytobiological and molecular biological research methods, LA hybrid lily ‘Aladdin’ was used as the research object, to explore the cellular biological changes of the whole formation process of LA hybrid lily ‘Aladdin’ underground stem axillary bulblet at subcellular level, to determine the cell position and regeneration time of the regeneration ability which was initially affected by the inducing factors; To explore the initiation and induction mechanism of lily underground stem axillary bulblet in natural environment; To explore the regulation pathway of Auxin and Cytokinin in the formation process, to reveal the interaction between different transcription factors and the transcription regulation mechanism of upstream cis-acting elements to downstream regulatory genes, and finally to clarify the molecular mechanism of the formation of LA lily underground stem axillary bulblet.

百合是重要的球根花卉，利用种球进行无性繁殖，由于其自繁更新能力差而大大增加了百合的生产成本。LA杂种系百合‘耀眼’具有极强的自繁能力，可以在地下茎叶腋处形成数量多且质量好的茎生鳞茎，在较短的时间内达到丛生效果，快速覆盖地面，适宜多年连续生产而不需更换种球。因此，该优良性状形成机制的揭示有助于对改良百合新品种的自繁能力提供重要的理论基础和技术保证。本项目拟以LA百合‘耀眼’为研究对象，利用形态发生学、细胞生物学和分子生物学等研究手段，在亚细胞水平上明确LA百合‘耀眼’地下茎生鳞茎整个形成过程的细胞生物学变化，确定最初受到诱发因素的影响而获得再生能力的细胞位置和再生时间；探明自然环境下百合地下茎生鳞茎的启动诱发机制；探究其形成过程中生长素和细胞分裂素调控通路，揭示不同转录因子之间的相互作用以及上游顺式作用元件至下游调控基因的转录调控机制，最终阐明LA百合地下茎生鳞茎形成的分子机制。

LA 杂种系百合（LA hybrid lily）‘耀眼’ 被发现在自然条件下具有非常强的自繁能力，可以在地下茎秆上自发地形成数量多 且质量好的地下茎生鳞茎（underground-stem bulblets），是研究自然条件下百合鳞茎形成机制的最佳试验材料。本研究共获得了以下试验结果： （1）通过田间 观察结合体式显微镜，明确了百合‘耀眼’地下茎生鳞茎的发生规律，鳞茎生长点 形成时期约为时期 IV 即栽植后 60 天左右，位于地下茎秆的叶腋处。（2）利用酶联免疫法（ELISA）测定 LA 杂种系百合‘耀眼’地下茎生鳞茎形 成过程中内源激素（ZR、 IAA、 ABA、 GA3）含量变化情况。在整个地下茎生鳞茎形成过程中 ZR 与 其他三种激素含量变化极显著相关，推测细胞分裂素可能是鳞茎形成激素调控网络 的关键节点。（3）施加外源细胞分裂素 6-BA 可以明显促进‘耀眼’地下茎生鳞茎的形成，主要体现在缩短形成时间和增加形成数量方面,多种激素共同参与调控 鳞茎形成，为后续研究分子机制提供了思路。 （4）实时荧光定量 PCR（qRT-PCR）结果表明 LaKNOX1、 LaKNOX2 和 LaBEL1 基因属于 激素响应基因，在‘耀眼’地下茎生鳞茎生长点形成时均在叶腋部位高表达，且鳞 茎形成过程中表达量变化趋势与 ZR/GA3 和 ZR/IAA 显著相关（p < 0.05）。(5）将 LaKNOX1 和 LaKNOX2、 LaKNOX1 和 LaBEL1 分别同时转入拟南芥中 进行功能验证，并与单独转入相应基因的拟南芥进行比较。内源 GA3、 GA4、 IAA 含量下降， tZ/IAA、 iP/IAA、 iPA/IAA、 iP/GA4 和 iPA/GA4 比值上升，最终导致 LA 杂种系百合‘耀眼’地下茎生鳞茎形成。