唐菖蒲脱落酸代谢关键酶CYP707A基因克隆及其对种球休眠调控机制的解析

ABA plays an important role in the process of plant growth and development. Gladiolus is one of the main flower bulbs in the cut-flower market of our country. Dormancy is a cruial problem to be solved in gladiolus corm production. Previous study indicated that NCED which encodes the key enzyme in ABA biosynthetic pathway is positively regulate corm development and dormany. Thus,it is suggested that the gene CYP707A which encodes the key enzyme in ABA metabolism pathway may negatively regulate corm dormancy. This project will execute the following experiments to analyse the regulation mechanism of corm dormany:1. Store corms in different temperature for different duration; 2.Determine ABA content and sprouting rate of the corms which are treated in step 1; 3. Clone all members of CYP707A gene family and analyse their expression patterns using RT-PCR technique; 4. Subcelluar localization of these genes, express and purify CYP707A genes in prokaryote; 5.Overexpress these genes in Arabidopsis thanliana and observe the phenotype. All these steps are used to analyse the relationship between CYP707A genes function and gladiolus corm dormancy.The results of this project may provide theoretical foundation for all-year round corm production of gladiolus.

脱落酸在植物生长发育过程中起着重要的调节作用。唐菖蒲是我国切花市场上的主要球根花卉之一。休眠是唐菖蒲种球生产中亟待解决的问题。前期研究已经证明唐菖蒲脱落酸合成基因NCED对种球发育及休眠具有正向调控作用，推测脱落酸分解代谢关键酶基因CYP707A对种球休眠中具有负向调控作用。本研究拟在不同温度和不同贮藏时间处理条件下，测定种球ABA含量和种球发芽率，克隆CYP707A基因家族成员，用RT-PCR技术分析基因表达变化，并通过亚细胞定位、原核表达和纯化CYP707A编码的蛋白、拟南芥中过量表达基因观测表型等试验分析CYP707A基因及其编码蛋白的功能，并揭示该基因表达与唐菖蒲种球休眠调控的关系。为培育能够进行周年切花生产的唐菖蒲种球提供理论依据。

唐菖蒲是我国鲜切花市场上的主要球根花卉之一，休眠是唐菖蒲种球生产中亟待解决的问题。脱落酸在植物生长发育过程中起着重要的调节作用。前期研究证明唐菖蒲脱落酸合成酶基因NCED对种球发育及休眠具有调控作用，推测脱落酸分解代谢关键酶基因CYP707A对种球休眠的解除可能也具有调控作用。本研究在不同温度和不同贮藏时间处理条件下，测定了种球ABA含量和种球发芽率，克隆了唐菖蒲CYP707A基因及赤霉素受体基因GID等。用RT-PCR技术分析了基因表达变化，并通过亚细胞定位、拟南芥中过量表达基因观测种子发芽率，测定了休眠期及休眠解除期种球转录组差异表达基因。研究结果如下：克隆了唐菖蒲脱落酸代谢关键酶CYP707A基因；在4℃冷藏休眠解除过程中，GhCYP707A基因表达量呈逐渐增加的趋势，表达量增加了5.7倍；ABA含量总体呈下降趋势，在贮藏开始时含量为109μg/g，贮藏第105天休眠已经解除，ABA含量为18μg/g ，以上结果说明GhCYP707A基因参与了唐菖蒲种球休眠的调控，主要作用为编码ABA分解代谢的关键酶基因，在休眠解除过程中大量表达，从而降低了ABA含量，导致种球休眠解除。唐菖蒲种球休眠转录组基因差异分析表明，下调表达的基因有1892个，上调表达的有2305个，其中与ABA代谢相关的基因如GhCYP707A2、GhNECD及GA受体相关基因GhGID等表达量差异显著，与荧光实时定量PCR结果基本一致。本研究初步揭示了GhCYP707A等基因表达与唐菖蒲种球休眠调控的关系，为培育能够进行周年切花生产的唐菖蒲种球提供了理论依据。目前唐菖蒲基因组数据库还未公开测序，本项目对唐菖蒲休眠不同阶段球茎进行转录组测序，待文章发表后将在NCBI数据库公布，将为唐菖蒲基因相关研究提供参考。项目研究已形成论文3篇，其中1篇已发表，2篇英文为投稿阶段。本项目培养硕士研究生2名，将于2017年6月毕业。