转录因子SlCDF4和SlCDF5在不同光环境中诱导番茄开花的功能分析

The transition from vegetative growth to floral meristems in higher plants is critical important. However, the molecular mechanism of day-neutral plants’ flowering response to different light environments is still elusive. In previous studies, we found that the SlSP5G was one of FT-like genes, regulated by different light environments and controlled tomato flowering. Through the experiments of reserve chromatin immunoprecipitation and protein mass spectrometry assays, we found that SlCDF4 and SlCDF5 proteins influenced SlSP5G gene expression under long day condition. Therefore, in this project, tomato cultivar “A57” will be used as the experimental material. We will analysis structural characteristics tomato SlCDF4 and SlCDF5 genes, explore the function of SlCDF4 and SlCDF5 genes in tomato flowering by transgenic plant, detect the effect of different red (R): far-red (FR) values and photoperiod on SlCDF4 and SlCDF5 mRNA expression and tomato flowering, verify the transcriptional activation effect of SlCDF4 and SlCDF5 protein on tomato SlSP5G through ChIP and yeast one hybrid. The present study aims to clarify the molecular mechanism of SlCDF4 and SlCDF5 genes on tomato flowering and explore a new way to precisely control tomato flowering based on light environment.

开花是植物发育的重要环节，但日中性植物感受外界光环境调控开花的分子机制尚未明确。本课题组前期研究发现SlSP5G基因是番茄一个重要的FT-like基因，并且外界光环境可调控番茄SlSP5G基因表达，影响番茄开花。通过不同光环境下反向染色质免疫共沉淀和蛋白质质谱试验发现，SlCDF4和SlCDF5蛋白与SlSP5G基因结合，影响其表达。因此，本研究拟以“A57”番茄为试材，分析番茄SlCDF4和SlCDF5基因的结构特点；通过转基因植株明确SlCDF4和SlCDF5基因在番茄开花中的作用；检测白天不同红光与远红光比值和长短日照处理对番茄开花及SlCDF4和SlCDF5基因表达的影响；通过酵母单杂和ChIP验证SlCDF4和SlCDF5蛋白对番茄SlSP5G的转录激活作用。本研究可望阐明SlCDF4和SlCDF5基因调控番茄开花的分子机制，探索一条基于光环境精准化调控设施番茄开花的新途径。

开花对植物生长非常重要，但是日中性植物如何感受外界光环境的变化来控制开花的分子调控机制尚未明确。CDF（Cycling dof factors）蛋白是近几年来发现的一类特殊的植物转录因子，在光周期调控开花中发挥至关重要的作用。为了明确SlCDF基因在不同光环境下对番茄开花的影响。本研究拟以“A57”番茄为试材，分析番茄SlCDF4和SlCDF5基因序列的结构特点、表达规律和功能。研究结果发现SlCDF4和SlCDF5和其他SlCDF1、SlCDF2和SlCDF3一样均由2个外显子和1个内含子构成，并且其编码的蛋白在N末端包含一个C2-C2型单锌指结构域，由4个绝对保守的Cys残基和48个高度保守的其他氨基酸残基构成；在C末端包含一个转录激活域，由21，22和33个氨基酸残基构成的三段保守基序构成。SlCDF4在茎中主要表达，SlCDF5 在真叶中主要表达，同时，SlCDF5的表达量随叶龄的增加而增加，SlCDF4的表达量随叶龄的增加而降低。在长日照（LD）和夜间每2 h红光（R）打断处理下，SlCDF4和SlCDF5呈现出与短日照（SD）和远红光（R：FR=0.8）处理下相反的表达模式。在长日照条件和短日照条件下SlCDF4过表达番茄开花所需叶片数显著增加，开花时间显著延迟。SlCDF4过表达植株长日照处理下SlSP5G的表达量明显上升，在短日照处理下SlSP5G2和SlCDF3表达量明显上升，其他转基因植物无明显表型。SlCDF4和SlCDF5基因含有Dof结构域，其可以通过识别AAAG/CTTT两种motif，进而与下游基因进行结合。本研究阐明了SlCDF4和SlCDF5基因的功能，及外界光环境调控番茄开花的分子机制，探索一条基于光环境精准化调控设施番茄开花的新途径。