苹果MdTFL1通过MdGAMYB1应答GA信号调控花芽孕育的分子机制

GA was reported to inhibit flowering in apple and other woody fruit trees.Studies have shown that the inhibitory effect of GA on flower formation is partially dependent on the transcriptional regulation of MdTFL1.But it is not clear how MdTFL1 responds to GA signaling to regulate flower induction.We have focused on one important GAMYB1,which might be involved in GA signal together with MdTFL1 to regulate flower induction.Additionally,lots of genetic diversity of MdTFL1 was found within its promoter.On the basis of this,trees of different flowering ability variety,as well as alternate bearing,treatments with different fruit load or GA will be used as materials.GA content and MdTFL1 expression will be also determined to reveal their different expression patterns.EMSA will be used to determine their interactions of GAMYB and MdTFL1 promoter.We will also clone promoter sequences of MdTFL1 to analyze their differences and understand their influences on gene expression.Further transgenic apple and Arabidopsis will also be used to reveal their functions.This research is helpful to get more insight into molecular mechanism of MdTFL1 regulating flower induction via GA.It can also promote genetic improvement of apple flowering and development in theory and practice.

GA具有抑制苹果等木本植物成花的效应，研究表明GA对成花的抑制部分依赖于对MdTFL1的转录调控实现，但MdTFL1如何应答GA信号调控成花尚待解析。申请者前期筛选到GAMYB1可能具有应答GA信号转录调控MdTFL1介导花芽孕育的功能，同时发现MdTFL1启动子区域遗传多样性丰富，本项目拟在此基础上，以不同成花特性品种为材料，结合大小年、负载量和外源GA喷施模拟处理，检测花芽孕育期GA含量和MdTFL1表达量，揭示其在不同品种变化规律，利用凝胶迁移和双荧光素酶技术分析GAMYB1与MdTFL1启动子结合能力，克隆50个以上不同成花特性苹果MdTFL1启动子序列，分析它们的变异特征，明确变异对转录调控的影响，并利用拟南芥和苹果转基因体系分析GAMYB1的功能。研究成果有助于阐明苹果MdTFL1转录水平应答GA信号调控花芽孕育的功能与作用机制，对苹果开发成花调控技术具有重要理论和实践意义。

苹果花芽孕育调控是优质高产高效栽培的关键环节之一，作为我国的主栽品种‘长富2号’在生产上存在难形成花芽，大小年结果的问题，成为制约产业发展的瓶颈问题之一。赤霉素（GA）具有抑制苹果等木本植物成花的效应，且这种抑制作用可能部分依赖于对TERMINAL FLOWER 1（MdTFL1）的转录调控而实现，但有关机制尚待深入解析。本研究以难成花苹果品种‘长富2 号’为材料，研究发现高果实负载和外源GA3 处理均使短枝顶芽成花诱导受阻，次年成花率明显降低。激素含量分析发现高负载量和外源GA3处理后，内源GAs和IAA含量上调。进一步分析表明赤霉素信号转导途径基因MdGAMYB响应GA处理下调表达，异源过表达MdGAMYB促进番茄和拟南芥成花，可能是通过上调成花基因MdFT1发挥作用。在‘长富2号’中克隆得到成花抑制基因MdTFL1（包括MdTFL1-1和MdTFL1-2），其受到高负载量和外源GA3诱导表达，拟南芥中超量表达MdTFL1-1和MdTFL1-2导致植物延迟开花。序列分析发现MdTFL1-1和MdTFL1-2的编码区在不同苹果品种中高度保守；另外，MdTFL1-1启动子区在不同品种中基本无差异，而MdTFL1-2启动子序列存在多态性，这可能是导致其在不同苹果成花特性品种中差异表达的原因。以MdTFL1蛋白为诱饵，通过酵母双杂筛选技术鉴定到了MdWRKY6转录因子；进一步通过酵母双杂、BiFC、Co-IP等试验手段证明MdTFL1和MdFT1均能够与MdWRKY6蛋白互作，且存在竞争结合关系。进一步功能分析发现MdWRKY6能促进植物开花，MdTFL1和MdFT1与MdWRKY6互作后影响其对下游成花特征基因AFL1的转录从而调控植物成花过程。综合以上研究结果，我们部分解析了GA调节苹果成花的分子机制，丰富了MdTFL1调控苹果花芽发育的分子网络。