棉花中一个成花素同源基因GhFTL1调节开花的功能研究

'Florigen' directly regulate flowering in plant. To understand the underline mechanism of how 'Florigen' trigger flowering is important to crop production. Function research on the florigen proteins of Arabidopsis FLOWERING LOCUS T (FT), rice Heading date 3a (Hd3a) and tomato SINGLE-FLOWER TRUSS (SFT), especially identification of rice Hd3a florigen intracellular receptors 14-3-3 proteins, contributed a lot to understand molecular mechanism of FT homologs regulation flowering. FT homologs also influences a number of developmental responses, such as leaf maturation, stem growth, the formation of abscission zones, tuberization transition, bud-set and bud-burst, and stomatal opening regulation, etc. Cotton is the most important crop for fiber production worldwide, and also a thermophilic crops. The flowering earliness affects cotton yield and fiber quality. Nonetheless, the gene function related florigen in cotton was poorly reported. A FT-like homolog was isolated from Gossypium hirsutum L.，which was named GhFTL1 (Gossypium hirsutum FLOWERING LOCUS T-LIKE 1) gene with high similarity with florigen proteins. Ectopic expression or overxpression of GhFTL1 can induce early flowering.This project will focus on in-depth analysis of biological function of GhFTL1 and its roles in regulateing plant flowering, and enrich the fuction of FT ortholog, which will play a guiding significance on exploring the mechanism of cotton flowering, and improvement of cotton flowering time and mature period. In the future, the cotton florigen-like gene can be used to increase yield and fiber quality.

成花素是植物开花的直接调控因子，其作用机制的研究一直是极其重要的科学问题。拟南芥成花素蛋白FT、水稻成花素蛋白Hd3a、番茄成花素同源蛋白SFT和水稻成花素受体14-3-3蛋白的发现，使得FT基因调控植物开花的分子机制逐渐被揭示。FT基因同时具有影响叶片的成熟、茎秆伸长、离层的形成、结薯、调节花芽的休眠和绽放、及气孔开放等多种功能。棉花是世界上最重要的纤维作物，也是个喜温作物，开花早晚严重影响产量和纤维品质，但是有关棉花成花素基因的详细功能研究报道很少。我们前期克隆的一个棉花编码成花素类似基因GhFTL1(Gossypium hirsutum FLOWERING LOCUS T-LIKE 1)，异位或过量表达明显促进早花。本项目拟进一步开展GhFTL1基因在棉花开花中的生物学功能研究，研究结果对于认识棉花开花的机制、改良棉花的开花期和成熟期具有指导意义。

开花转变是棉花重要的发育过程，开花早晚与纤维产量及品质显著相关。高等植物的FT蛋白是磷脂酰乙醇胺结合蛋白（PEBP）家族成员，对开花转变和花序结构的建立起着重要的作用。除了调控开花时间以外，还参与了调控植物生长发育中许多重要的过程。全基因组分析表明棉花基因组中只有1对编码成花素同源基因GhFT1，GhFT1基因在花器官及叶片中高表达，并且纤维发育的起始和延伸时期表达量较高，暗示了GhFT1基因可能参与纤维的发育，并且具有明显的昼夜节律表达特征。亚细胞定位分析表明GhFT1蛋白定位于细胞质和细胞核中。在野生型拟南芥Col-0过表达GhFT1明显促进早花，在拟南芥ft-10晚花突变体中表达可以拯救其晚花表型。基因表达分析表明转基因植株内源FT基因下游花分生组织身份相关基因如AP1等明显上调表达。烟草中过量表达GhFT1基因，除了促进早花以外，转基因烟草在侧枝、腋芽数目，叶片形态、叶绿素含量及光合作用效率等方面明显高于对照，表明GhFT1蛋白作为一般激素调节植物多方面的生长发育。通过花粉管通道法获得转GhFT1基因的棉花早花株系，GhFT1的VIGS明显延迟开花转变、促进营养生长。酵母双杂表明GhFT1与GhGRF15-D和GhWCRKC2-5蛋白互作。克隆了5886 bp DtGhFT1启动子，活性分析表明1.8kbGhFT1pro具有较强活性。鉴定了5对分别来自A和D供体的FD基因，BiFC实验表明FD1能与GhFT1蛋白互作。全基因组分析表明陆地棉基因组中含有42个CO-like基因，组织表达及功能分析表明GhCOL1-A/D可能为陆地棉的开花诱导因子；LCI实验表明GhCOL1、GhCOL6和GhCOL7能够与GhFT1启动子相互作用。此外，利用此项目建立了陆地棉CRISPR/CAS9技术体系，为进一步深入基因功能奠定了很好的基础。