二穗短柄草和小麦INDETERMINATE1基因的功能与作用机理研究

INDETERMINATE1 (ID1) is a gene existing only in cereal plants. Studies on the ID1 gene are very limited and were performed only in the tropical plants maize and rice. Loss of function of the ID1 gene leads to phenotypes extremely late flowering in maize and never flowering in rice. ID1 expresses in young leaves and could induce the expression of the florigen gene FT in mature leaves to promote flowering, while the underlying mechanism is still elusive. The tropical cereals are usually short day plants lacking of the response to the prolonged cold, namely vernalization. The temperate cereals are long day plants and required a period of cold before flowering. Brachypodium and wheat belong to the branch of temperate cereals and both have a conserved ID1 gene, which is completely unknown at present. Preliminary results suggested that the Brachypodium ID1 gene could complement the rice rid1 mutant to wild type level, while overexpression of the ID1 genes of Brachypodium and wheat in Brachypodium leads to early flowering and severe dwarfism. Base on the data above, the function and mechanism against the ID1 genes in Brachypodium and wheat will be explored further, to providing crucial knowledge for wheat genetic improvement.

INDETERMINATE1（ID1）是禾本科植物中特有的基因。ID1基因的功能和作用机理研究目前仅限于热带禾本科植物玉米和水稻。玉米ID1基因突变表现为极度晚花，水稻ID1突变体rid1呈现永不开花表型。ID1主要在幼叶中表达，可以调控成熟叶中表达的成花素基因FT，进而调控成花转变，但作用机理并不清晰。热带禾本科植物是短日照促进开花，缺少春化作用途径；温带禾本科植物是长日照促进开花，存在明显的春化作用现象。温带禾本科植物二穗短柄草和小麦中也存在ID1基因，但这一基因的功能和作用机理目前仍不清楚。过表达实验表明，二穗短柄草ID1基因能够互补水稻rid1突变体至野生型水平，而二穗短柄草和小麦ID1基因转化二穗短柄草导致早花和植株矮小。本项目拟在此基础上开展进一步的研究，深入分析二穗短柄草和小麦ID1基因的功能和作用机理，为小麦分子设计育种工作提供重要的功能基因信息。

INDETERMINATE1（ID1）是禾本科植物中特有的IDD基因家族成员。ID1基因的功能和作用机理研究目前仅限于热带禾本科植物玉米和水稻。玉米ID1基因突变表现为极度晚花，水稻ID1突变体rid1呈现永不开花表型。ID1主要在幼叶中表达，可以调控成熟叶中表达的成花素基因FT，进而调控成花转变，但作用机理并不清晰。热带禾本科植物是短日照促进开花，缺少春化作用途径；温带禾本科植物是长日照促进开花，存在明显的春化作用现象。..我们利用已发表的玉米和水稻中的ID1基因序列，通过生物信息学分析和同源克隆的方法获得了温带禾本科植物二穗短柄草和小麦中的ID1基因，在水稻rid1突变体中的表达结果表明，ID1转基因互补了突变体的突变表型，揭示该ID1基因系水稻ID1基因的直接同源基因。进一步的过表达实验表明，二穗短柄草和小麦ID1基因能够导致二穗短柄草转基因植株长日照条件下早花，同时植株高度极度矮化。利用二穗短柄草野生型ID1基因转化二穗短柄草，转基因植株也呈现长日照早花和矮化表型，这说明促进开花和导致植株矮化是其正常的生物学功能。通过赤霉素敏感性分析、RNA-seq等有希望鉴定出一条保守的ID1/SLN1-GA-CIGR温带禾本科植物主效株高调控信号通路。鉴于目前尚无ID1基因影响株高的报道，因此这是一个有价值的新的发现。