柑橘特异资源早实枳短童期性状遗传与分子机理研究

开花结实是植物繁衍的重要生物学过程，也是果树生产收获的基础。但是木本果树自播种到首次开花要经历数年甚至数十年漫长童期，极大地制约了果树育种进程及重要性状分子机理研究。迄今为止木本植物童期阻遏开花的机制仍不清楚。本研究拟以前期发掘的柑橘短童期变异资源早实枳为材料，在多个国家基金项目研究基础上，以正向遗传学和反向遗传学相结合的方法，通过基因组重测序比较获得早实枳与普通枳基因组差异，以早实枳与凤凰柚杂交后代遗传连锁图对短童期基因进行粗定位，对定位区早实枳与普通枳差异DNA序列作基因结构和功能预测，提出短童期候选基因，根据其是否与前期SSH获得的ESTs同源、是否与成花调控网络有关基因发生相互作用和调控关系，判断其参与童期调控的可能性和途径，最后通过遗传转化验证确定短童期基因，以科学揭示早实枳短童期性状遗传与作用机理。研究成果对解析木本植物成花机制和促进果树遗传改良具有重要的理论和现实意义。

木本果树自播种到首次开花须经历数年甚至数十年童期，依赖嫁接或扦插等育苗手段扩大生产，杂交育种和重要性状分子机理研究受限长童期而效率低下。迄今为止国内外尚难对木本植物多年性童期分子机理给出确切解释。本研究以短童期变异资源早实枳为父本，单胚的克里曼丁橘为母本，构建了杂交群体和单、双亲遗传连锁图谱，但由于F1代在项目执行期间未渡过童期、无早花表型，无法对早花基因进行定位，遂采用基因组联合转录组比较、并逐个筛选候选基因的策略对早实枳变异原因和早花机理进行研究。重测序分析表明，早实枳与普通枳基因组差异远小于种间差异，其杂合位点数远低于枳橘杂种，纯合位点比例较金柑高，更远高于枳橘杂种，说明早实枳属于枳的种内变异，而非杂交起源；但两枳间的差异位点数较多，说明供试的普通枳不是早实枳的直系变异源。以转录组比较验证基因组可转录区差异，筛选到的变异总数大幅缩小，但涉及的基因总数变化不大。对成花转变期、含特异变异位点并发生表达量变化的转录本进行筛选，获得131个候选基因，其中102个与已知的功能基因同源，9个功能未知，20个无匹配。候选基因包含MYB、MADS和锌指蛋白等转录因子及参与染色质重构、激素调控和其它代谢途径的功能基因。说明早实枳的早花变异在突变发生后，一系列成花发育的分子过程都发生了相应的变化。进一步研究发现，FLC、FCA选择性剪切、LFY甲基化修饰化和AGL24的表达调控参与了阶段发育转变，并且发现成花关键基因FT在早实枳和普通枳实生苗中表达水平有差异、且组成不同，普通枳中存在FTa/FTb两个等位基因，而早实枳中为FTa纯合基因型，转基因实验表明FTa有早花功能，FTb无早花表现。且FTa转入普通枳过量表达获得了试管开花的转基因枳。可能早实枳中FTa纯合、表达水平高，可以不依赖FLC及LFY甲基化等阶段发育调控过程启动早花，而普通枳中FTb对FTa形成了竞争抑制，FT早期表达水平不足于启动成花因而童期延长，但这一假说仍有待通过F2代遗传分离群体定位分析进行检验。