基于SNPs分析和砧穗互作解析荔枝成花时间调控的分子机制

Floral initiation in litchi is induced by low temperature. Insufficient chilling due to global warming is an increasingly urgent issue in litchi production. Hence, it is important to investigate its molecular mechanism in order to develop future cultivars that could bypass the chilling requirement. We have collected a wide range of litchi accession with different chilling requirement, and would perform RNA-Seq to identify their transcriptome SNP. We propose to perform an association studies to find SNP/gene locus associated with the chilling requirement and time for floral induction. We would identify those candidate genes and further characterize those by analyzing their expression pattern. We would also perform functional studies to validate their roles in controlling floral induction time. As our preliminary data suggested that when grated with early flowering scion, the late flowering root stock could be converted to early flowering ones. Therefore, we proposed to use the grafting system to examine the transmitable mRNAs or proteins in the phloem or buds, in order to elucidate the biological function of the floral induction time associated genes. We aim to provide basic information for molecular mechanism of flowering studies in litchi, and to identify target genes for breeding new cultivars with low chilling requirement that would better adapting to the raising global temperature.

荔枝成花需要不同程度的低温诱导，在全球气候变暖的大趋势下，荔枝成花诱导期低温不足的问题变得越来越突出，如何应对气候变暖带来的成花问题，是荔枝产业发展迫切需要解决的难题。本项目拟利用不同成花需冷型的荔枝资源，通过转录组关联分析定位荔枝成花需冷量和诱导时间显著相关的SNP（单核苷酸多态性）位点，筛选显著关联位点上、下游的基因，获得候选基因；比较分析不同需冷型荔枝在成花过程中的表达模式，进一步筛选候选基因，并对这些基因进行功能验证，以确定荔枝成花时间调控的关键基因。在此基础上，利用早花荔枝嫁接到晚花荔枝上引起晚花荔枝提早开花的砧穗互作效应，分析砧木的韧皮部和芽的mRNA或蛋白的来源，揭示成花时间调控基因的作用方式。以期通过本项目的研究，为荔枝成花调控的分子机制研究提供基础资料，也为应对气候变化、进行荔枝的遗传改良提供靶标基因。

荔枝成花需要不同程度的低温诱导，在全球气候变暖的大趋势下，荔枝成花诱导期低温不足的问题变得越来越突出，如何应对气候变暖带来的成花问题，是荔枝产业发展迫切需要解决的难题。本项目利用不同成花需冷型的荔枝资源共87份，采用基于转录组的关联分析（GWAS）筛选到荔枝成花需冷量/成花时间显著相关的SNP位点1411个，关联到1115个相关的基因；利用高需冷型品种‘糯米糍’荔枝进行低温成花处理和常温不成花的对照处理材料进行转录组分析，筛选差异表达基因（DEGs），比较其成花过程中的表达模式，通过两个转录组的联合分析，筛选到与积冷量相关的荔枝成花时间调控候选基因，包括激素生物合成和信号转导相关基因13和11个，以及成花相关的基因15个，对其中的CO进行了功能验证。利用早花/晚花荔枝嫁接系统（‘三月红’/‘怀枝’），在成花诱导前、诱导期和发端期，对接穗叶片和砧木上的韧皮部进行了转录组测序分析，发现SEP1、AP1与VIN3在将成花的韧皮部表达水平高；在成花诱导前、诱导期和发端期，收集三月红韧皮部汁液，进行了蛋白组和miRNA分析，鉴定到通过韧皮部运输的蛋白 45种和miRNA 332 个。通过综合分析，提出了荔枝基于积冷量的成花时间调控模式。通过本项目的研究，为揭示荔枝乃至常绿木本果树成花调控的分子机制提供了基础资料，也为应对气候变化、进行荔枝的遗传改良提供了靶标基因。