菊花成花基因CO的功能和表达特性研究

光周期是影响菊花成花的主要因素，目前国内外主栽菊花大都是短日照敏感型品种，实现周年生产存在成本高、质量差、商品价值低等现象。同时，短日照不敏感型菊花种质资源严重匮乏限制了菊花的周年生产和杂交育种进程。针对该现状，本研究以我国珍贵的短日照不敏感型菊花五九菊为材料，用RT-PCR方法克隆光周期信号传导途径中关键的成花基因CO，并通过对拟南芥进行遗传转化，研究其在成花过程中的功能，同时用Northern和RT-PCR技术对其表达特性进行研究，试图探索短日照不敏感型菊花成花的关键基因及其功能和表达特性，从分子水平寻找菊花成花的关键因素。该研究的完成在理论上可弥补国内外菊花成花机理研究的不足，在实践上为将来通过分子育种培育短日照不敏感型菊花新品种奠定基础。

CONSTANS（CO）基因属于转录因子，在生物钟调控成花时间方面具有重要作用，也是光周期信号传导途径中的关键基因。本项目从短日照不敏感型品种‘奥运白雪’中克隆获得CO基因，该基因核苷酸序列长度为1152bp，编码383个氨基酸。CO编码的蛋白在氨基端含有2个串联的B-bOX锌指结构域，在羧基末端含有1个CCT结构域。其中，BBOX分别位于序列40bp-125bp和150bp-275bp位置，CCT位于序列935-975bp位置。不同植物中CO基因保守性较高，尤其在羧基末端（C末端）CCT区域保守性非常强，且亲缘关系越近，保守性越高。与菊科菊属其它植物进行比对，‘奥运白雪’中CO基因N末端的锌指结构区域发生突变，该突变区是不同菊花品种产生花期变异的主要原因。菊科不同属或同属不同种之间CO基因仍存在一定差别。因此，构建了不同物种CO 家族基因进化树。其中，‘奥运白雪’与切花菊‘神马’、向日葵、甘野菊同源性较高。‘奥运白雪’与切花菊‘神马’同源性最高，达90%，与向日葵同源性为64-65%，与甘菊同源性达59%，与菊属另一菊花品种同源性只有46%。与单子叶植物同源性较低，如与野生稻的同源性只有44%，与毛竹同源性为53%。Southern杂交结果表明CO基因在‘奥运白雪’中为多拷贝基因，拷贝数为7。采用RT-PCR和实时荧光定量PCR技术对CO基因时空表达特性和组织特异性进行了研究。CO基因在不同组织中的表达存在组织特异性，以花蕾期根、茎、叶和花为材料进行分析，其中，叶中CO基因表达量最高，其次是茎，花芽中表达量较低，根中只有微量CO基因表达。不同组织中CO基因时空表达有差异。以现蕾前、现蕾期、花蕾露色期、初花期和盛花期花和茎为材料进行分析。其中，盛花期花中CO表达丰度显著高于其它时期，现蕾期和花蕾露色期表达量较高，初花期CO基因表达丰度最低。茎中以盛花期CO表达丰度显著高于其它时期。不同发育时期花和茎中CO基因的上游基因gigantea-like(GI)和CO基因表达量差异较大，CO基因表达丰度远小于GI基因。