生物钟关键基因TaTOC1介导的光周期调控小麦春化作用的分子基础研究

温度和光照是影响小麦发育特征的重要环境信号。春化和光周期调控小麦发育的机理研究是小麦研究领域的热点。通过对光周期敏感的冬小麦的研究发现，短日照处理能够代替低温春化加速穗分化进程，表明光周期对低温春化有调节作用。然而，光周期调控春化作用的分子机制仍不清楚。本研究以生物钟基因TaTOC1为切入点，采用过表达和RNAi策略，利用农杆菌介导的幼胚转技术获得TaTOC1基因过量表达和下降表达的转基因小麦。在此基础上，系统研究其对光周期和春化等信号的响应，利用实时定量PCR与转录组测序技术结合遗传学手段全面分析光周期、春化等相关基因的表达变化，通过酵母单杂交、EMSA等技术探究TaTOC1与VRN1、TaVRT2、VRN2等基因启动子的关系，详细阐明TaTOC1基因在小麦成花转变过程中的作用，系统揭示生物钟介导的光周期调控春化作用的分子基础，为利用栽培技术和育种手段调控小麦抽穗时间提供重要理论依据。

作为植物生殖发育过程的起点，植物由营养生长向生殖生长转变对于植物完成生活周期至关重要。小麦是一种重要的粮食作物，其抽穗时间是影响产量的重要农艺性状。至今，人们对小麦抽穗时间调控机制的了解还非常少。在本项目中，我们鉴定了小麦tae-miR408以及它的靶基因TaTOC-A1, TaTOC-B1, 和TaTOC-D1。研究表明在长日照条件和短日照条件下，tae-miR408与TaTOC1s的表达模式均呈现出互补的模式。转基因小麦表型分析显示，当TaTOC1s表达被抑制或者tae-miR408过量表达时，转基因小麦均表现出提早抽穗。而且，在小麦中TaTOC1s的表达受到tae-miR408的下调。研究发现，TaTOC1s和tae-miR408不仅仅调节小麦抽穗时间还影响了小麦的其它农艺性状，比如株高和旗叶夹角。为了研究TaTOC1基因是否参与了低温春化途径，我们将TaTOC1-RNAi转基因小麦分别进行不同时间春化处理。结果发现TaTOC1基因表达量降低影响了小麦对低温的敏感性。进一步分析发现，TaTOC1基因可能直接结合到TaAGL10基因上参与小麦春化调控，具体机制仍需深入研究。这些结果为进一步理解小麦抽穗时间调控的机制提供了重要资料。. 此外，我们还从小麦中分离出一个YABBY基因家族成员TaYAB2, 该基因在大部分组织器官中广泛表达，尤其在小麦苗端、幼叶、侧芽、幼穗等组织器官中表达水平较高。在拟南芥中过量表达该基因能够引起转基因拟南芥叶片近轴面特征趋向远轴面。与对照相比, 转基因植株中远轴面特征决定基因FIL/YAB1、YAB3、KAN1的表达均呈不同程度的上调, 表明TaYAB2基因可能通过调节远轴面特征决定基因FIL/YAB1、YAB3、KAN1等调控叶片近-远轴极性。本研究结果有助于揭示YABBY 类基因在小麦侧生器官近-远轴极性建立中的分子机制。