竹类植物中开花"开关"基因的生物学功能解析

竹类植物开花类型复杂多样，开花时间难以预测。因无转基因体系，未能构建突变体，阻碍了开花机理的研究，尚未见到有关在竹类植物从营养生长向生殖生长转变过程中起作用的基因的报道。同科作物水稻中已克隆到开花的"开关"基因RID1，该基因的突变体永不开花。单丛Bambusa glaucescens（不同株的基因型一致）中开花株与不开花株并存。以此为材料，本项目拟从控制水稻开花的"开关"基因RID1及关键整合基因Hd3a入手，利用决定水稻从营养生长向生殖生长转变的基因的调控信息，在竹类植物中克隆同源基因，构建其在竹类植物从营养生长向生殖生长转变过程中的表达谱，转入相应基因的水稻突变体或用RNAi验证生物学功能，明确所克隆基因在此转变过程中的作用。研究结果可揭示同科内一年生水稻和多年生林木竹类植物内控制营养生长向生殖生长转变的分子机理有怎样的保守性，为更进一步研究竹类植物开花调控的分子机理奠定坚实的基础。

通过同源克隆方法从雷竹中获得两个FT同源基因，PvFT-1和PvFT-2，一个BmID1基因，PvFT-1至少存在两个拷贝，每个拷贝有其各自的启动子，PvFT-2存在选择性剪接的现象。PvFT-1仅在雷竹初次开花前20-30天的叶片中表达，而在不开花植株中不表达。表达具有明显昼夜节律，且在其启动子中亦发现多个光响应和一个昼夜表达节律调控元件，且481bp长的启动子即有驱动活性。过表达PvFT-1基因的水稻愈伤组织分化率极低（5%），即使分化生根困难，在试管中即可开花，表明PvFT-1参与花期调控。PvFT-2在花芽中表达，而在叶片中不表达，表明PvFT-2在花发育过程中发挥作用。PvFT1蛋白定位在细胞核；在体外表达时，PvFT1蛋白主要以包涵体形式存在。BmID1基因具有IDD-domain的典型的特征：有一个假定的核定位信号(KKKR)和四个锌指蛋白结构域。C末端有一个保守的 TRDFLG 基序。BmID1主要在幼叶中表达，但表达量极其微弱，不具备昼夜节律特性，其启动子上也未发现昼夜节律的调控原件，体外表达的蛋白也主要在包涵体中。此外，在雷竹中获得了FT基因的上游调控基因CO同源基因，PvCO-1和PvCO-2， PvCO1基因在开花前10-15天表达量较低，而在即将开花及开花期表达量较高，到开花后期表达量又逐渐降低。PvCO2基因在开花前后的表达量比较稳定，差异不明显。PvCO1和PvCO2基因都呈昼夜节律表达的特性。PvCO1基因在根中未检测到，但在叶中表达量最高，而PvCO2基因只在幼叶，老叶，笋中检测到表达，且幼叶中的表达量最高。同时在雷竹中获得了可以与FT互作的14-3-3家族的几个基因，这几个基因在开花前后都有表达，且变化不大。PvGF14b和PvGF14e在各组织中都有表达，PvGF14b在幼叶中表达量最低，在笋中表达量最高。PvGF14c在根和花中不表达，在叶中表达量较高，但在笋中表达量最高。PvGF14f在根中不表达，在幼叶中微量表达，在其它组织中高表达。PvGF14b基因和PvGF14c基因无昼夜节律特性 。