白菜BrFLC1和BrFLC2互作对开花路径基因表达的影响

Premature bolting is one of the important problems in production of Brassica rapa vegetables. The main reason for premature bolting is that plants suffer low temperature leading to achieving of vernalized state before product maturing. Understanding the molecular basis of vernalization response is very important for improvement of bolting resistance in B. rapa crops. Vernalization pathway is one of the four pathways involved in the plant flowering time control. FLC, of which B. rapa has four copies, is the key regulator in vernalization pathway. This project aims to dissect the influence of interactions between BrFLC1 and BrFLC2 on flowering time.Based on their different effect on flowering, we hypothesized that BrFLC2 has epistatic effect on BrFLC1. We propose to use near isogenic lines (NILs) carrying on functional allele or non-functional allele of BrFLC1,or those of BrFLC2, and the combinations of them to analyze their genetic effect on flowering time control; then we will use RNA-seq to analyze the differential expression and alternative splicing patterns of genes which function in downstream of FLC. The results from above studies will contribute to the clarification of molecular mechanisms of interactions between BrFLC1 and BrFLC2 on flowering time, and to be helpful to genetic improvement of bolting resistance in B. rapa vegetables.

先期抽薹是春白菜生产中的重要问题。植株遭遇低温提前通过春化是造成先期抽薹的主要原因。研究白菜春化反应的分子机理对白菜耐先期抽薹的遗传改良具有重要意义。春化路径是植物4条开花控制路径之一。FLC基因是春化路径中的关键基因，在白菜中存在4个拷贝。根据BrFLC1和BrFLC2位点对开花调控的效应差异，我们提出了BrFLC2对BrFLC1存在上位性效应的假设。本项目拟构建白菜BrFLC1和BrFLC2位点的有功能和无功能基因型的近等基因系以及相互组合产生的复合近等基因系，研究相同遗传背景下BrFLC1和BrFLC2位点对控制开花的遗传效应；并且利用转录组测序技术，对BrFLC1和BrFLC2下游开花路径的基因表达和可变剪切进行分析。本研究将对阐明白菜BrFLC1和BrFLC2位点互作对开花调控的分子机理提供重要依据，有助于白菜耐抽薹性的遗传改良。

研究背景：.先期抽薹是我国春季及高寒地区秋冬白菜生产中常常出现的一道难题。先期抽薹不仅影响其商品价值，严重时还会造成种植失败，带来巨大的经济损失。植株遭遇低温提前通过春化是造成先期抽薹的主要原因。研究白菜春化反应的分子机理对白菜耐先期抽薹的遗传改良具有重要意义。春化路径是植物4条开花控制路径之一。FLC基因是春化路径中的开关基因，在白菜中存在4个拷贝。根据BrFLC1和BrFLC2位点对开花调控的效应差异，我们提出BrFLC2对BrFLC1存在上位性效应的假设。..主要研究内容：.本项目通过构建白菜BrFLC1和BrFLC2位点的有功能和无功能基因型的近等基因系（NILs）以及其组合产生的复合NILs，研究相同遗传背景下BrFLC1和BrFLC2控制开花的遗传效应；并且利用转录组测序技术，对春化处理不同时间后的4个FLC拷贝在不同NILs中的表达量进行分析；进而分析在春化处理条件下携带不同BrFLC1和BrFLC2等位变异组合的NILs中的差异表达基因。本研究将对阐明白菜BrFLC1和BrFLC2位点互作对开花调控的分子机理提供重要依据，有助于白菜耐抽薹性的遗传改良。..重要结果及关键数据：.（1）开发了用于前景选择的基于KASP技术的SNP标记，也获得了278个基于序列基础的全基因均匀分布的分子标记，不仅在本项目中成功进行了NILs构建中的背景选择，并且能够用于今后白菜类作物的其他目标性状遗传分析。.（2）构建了一套包括9种携带不同BrFLC1和BrFLC2等位位点组合的NILs，为将来继续进一步深入分析多拷贝FLC基因的作用机制提供材料。.（3）9种NILs的开花时间表型调查结果验证了我们关于BrFLC2对BrFLC1存在上位效应的假设。.（4）对4种纯合基因型的NILs的转录组分析，发现BrFLC3是4个FLC拷贝中表达量最高的。4个FLC拷贝的表达量不存在剂量补偿效应，BrFLC1的表达量高于BrFLC2，说明BrFLC2对BrFLC1的上位性效应不是表达量差异带来的。与BrFLC2和BrFLC3相比，BrFLC1的受低温抑制的敏感度较低。..科学意义：.白菜是中古多倍体植物，本项目开展白菜多拷贝FLC基因间的互作研究对于阐明多倍体物种的多拷贝基因互作机制具有重要意义。研究结果也为利用不同FLC位点，进行白菜耐抽薹性遗传改良提供理论基础。