氯酸钾诱导龙眼成花过程中关键基因研究

Potassium chlorate treatment can promote floral induction of longan and could even be used to induce flowering in off-seasons, and thus has achieved very wide applications in longan production. Some researches on the mechanism of potassium chlorate in the induction of flower initiation have been conducted but most of them were at physiological level, and not sufficient enough to give a convincing explaination. Thus it is necessary to do more researches at molecular level. This study is going to use 4 years-old trees of "Shixia" longan as materials and treat the trees by injecting potassium chlorate into their trunks. Following the treatment, terminal buds will be sampled and analyzed using transcriptomics and bioinformatics tools to identify key candidate genes involved in flower induction of potassium chlorate in longan trees with emphasis on the genes related to hormons and flowering. Some of the key genes will be analyzed for their spatio-temporal expression patterns. Around three to five genes will be thoroughly studied by overexpressing in arabidopsis. To further characterize them, arabidopsis loss of function mutants of the homologous genes will be observed morphologically and the mutants will be transformed with corresponding longan genes to find out if the mutants' lossed functions can be restored by the longan genes. This study should help us to identify key genes involoved in flower induction of longan by potassium chlorate and to know the functions of these genes, and the results will provide some clues to a better understanding of the underlying mechanisms and to the development of more efficient ways of regulating longan flowering.

氯酸钾可以诱导龙眼成花并调控开花期,相关技术已在生产上获得了广泛的应用。但有关氯酸钾诱导龙眼成花机理的研究还不多，且多停留在生理水平，尚不足以给出令人信服的解释, 故很有必要做更多的研究尤其是分子水平上的研究。本项目拟用4年生"石硖"龙眼植株为材料，对其进行树干注射氯酸钾处理，取处理后的植株顶芽做转录组学和生物信息学分析，筛选出与氯酸钾调控成花相关的关键候选基因，尤其是激素相关和成花相关基因。分析这些关键基因的时空表达特性。拟进一步在模式植物拟南芥中通过过量表达来研究其中三到五个关键基因，并利用拟南芥同源基因的缺失突变体观察功能缺失后的表型，用龙眼的同源基因转化拟南芥缺失突变体，观察突变体丧失了的功能能否被龙眼基因回复。本研究应当有助我们认识氯酸钾诱导龙眼成花过程中的关键基因及其功能，为我们更好地了解氯酸钾诱导龙眼成花的分子机理和研发更为高效的龙眼成花调控技术提供线索。

氯酸钾可以诱导龙眼成花并调控开花期。在生产上利用氯酸钾诱导龙眼成花已经获得广泛的应用。但有关氯酸钾诱导龙眼成花的机理研究大多只停留在生理水平上，且未能很好的解释其作用机理, 很有必要在分子水平上进行深入的研究。本项目通过分析氯酸钾处理后植株的花芽的转录组学数据，利用生物信息学手段筛选出与氯酸钾调控成花相关的关键候选基因。分析这些关键基因的时空表达特异性。并利用拟南芥同源基因的缺失突变体和缺失突变体过量表达龙眼基因的转基因植株的表型来研究相关基因的功能。旨在通过本研究鉴别氯酸钾诱导龙眼成花过程中的关键基因及其功能，为阐明氯酸钾诱导龙眼成花的分子机理，进一步高效调控龙眼成花提供理论依据。. 获得的实验结果如下：1、获得6.06G的氯酸钾诱导“反季节”龙眼顶芽转录组数据，其中纯净数据有5.85G；对转录组数据进行拼接，总共获得拼接条带207734条。2、对氯酸钾处理后2天、6天和30天的龙眼顶芽与对照植株顶芽的基因表达情况数据进行了评估，分别获得0.8G的表达差异谱数据，共筛选出差异表达基因3987条和转录因子179个。对各个样品的基因表达差异进行筛选，处理2d后，与对照植株相比，有1245个基因有显著性表达差异，其中上调表达基因为1004个，下调基因为241个；处理6d后，有2245个基因表达存在显著性差异，其中上调971个，下调1274个；处理30天后，显著性差异基因达497个，其中上调284个，下调213个。有67个基因在处理2d、6d和30d后这三个阶段均存在差异；538个基因在处理2d和6d 时均存在表达差异；137个基因在处理6d和30d时，均存在表达差异。3、参考拟南芥成花机理信号途径并收集了通路中的基因的信息，通过对成花通路基因的整合和过滤，我们得到75个成花通路基因。从获得的表达谱中筛选到 49个龙眼Unigene基因，其功能与拟南芥的成花基因匹配。利用获得的38个龙眼Unigene基因构建了龙眼成花信号通路图，并验证了其中10个基因的表达水平的变化。4、构建了3个龙眼同源基因LonGID1、LonFLC、LonCO9的 过表达载体，同源基因的缺失突变体及缺失突变体回复植株，观察转基因植株的表型及氯酸钾、GA、PAC处理后转基因拟南芥植株的花发育情况。