NeTP-1（Nelumbo THOUSAND PETALS-1）基因调控‘千瓣莲’形成的机理

‘Qianban’ lotus is a kind of unique lotus resources in China, which belongs to the extreme type of double flowers lotus, while its formation mechanism is remains unknown. Comparing with the single flower cultivar, the thousand-petalled cultivar produced neither stamen primordia nor carpel primordia but developed the tiny petals instead through paraffin section and SEM observation. Further, NeTP-1 (Nelumbo THOUSAND PETALS-1) gene was found to down-regulated expression and predict to influence the formation of ‘Qianban’ lotus by high-through transcriptome sequence analysis. Then the NeTP-1 gene was sequenced and a 28 bp deletion was found in the promoter region of the NeTP-1. Based on these, the expression pattern of NeTP-1 and relationship between NeTP-1 and ‘Qianban’ lotus formation will be revealed and discussed. And this regulation mechanism will provide scientific theory basis for creating new cultivars of thousand-petalled lotus.

‘千瓣莲’是中国独特的荷花资源，属于荷花重瓣化的极端类型，其发生机制仍是空白。我们前期通过切片、电镜等方法对不同花型的荷花分析发现，和单瓣品种相比，‘千瓣莲’的雌雄蕊原基完全消失，形成若干个“花瓣增殖中心”。转录组芯片显示，千瓣的形成是由一个NeTP-1（Nelumbo THOUSAND PETALS-1）基因的表达异常引起。进一步分析表明，NeTP-1基因本身并未突变，其表达下调是由于启动子区域的突变造成。本研究在前期基础上，深入分析NeTP-1基因的表达模式及其受调控的方式，揭示‘千瓣莲’形成的分子机制，为将来培育荷花新的千瓣品种提供科学的理论依据。

‘千瓣莲’是中国珍稀的荷花资源，其发生机制仍是空白。表型观察显示‘千瓣莲’中花瓣都是由雄蕊突变而来，雌蕊则完全消失。通过对比 ‘千瓣莲’和单瓣品种之间的转录组，筛选到控制‘千瓣莲’形成的靶基因NeTP-1基因，并对其突变情况进行了深入研究。NeTP-1基因在雄蕊中高表达，并控制着雄蕊的正常发育。‘千瓣莲’中NeTP-1基因本身并没有突变，但在其第一内含子调控区域发现多处发生了缺失和突变的情况。其它两个千瓣品种 ‘宜良千瓣’和‘至尊千瓣’也发现类似的情况，推测这个位置的缺失突变是造成‘千瓣莲’形成的主要原因。我们还发现存在一个与NeTP-1基因高度同源的AGL基因，其表达模式和NeTP-1基因类似，但功能上完全不同，NeTP-1基因可能直接调控AGL基因的表达，这个调控机制是对花器官发育模型新的补充。此外，我们还对荷花雄蕊的发育特征做了一系列观察和分析。根据花粉发育的细胞学特征，将荷花花粉发育过程分为11个时期，并观察到亚洲莲（Nelumbo nucifera）和美洲莲（N.lutea）的花药附属物结构上存在显著差异。另外，我们还建立了以荷花幼胚、莲子成熟胚及莲藕藕芽为外植体的快繁体系，建立了荷花花瓣瞬间转化体系和花粉管介导的荷花稳定的遗传转化体系。由于荷花转基因体系刚刚建立，部分转基因数据还没未获得，在后期研究中，我们还在继续完善转基因体系，彻底解释清楚NeTP-1基因的功能。项目研究成果已发表研究论文7篇，申请国家发明专利3项。