藜麦CqFTL基因对开花时间和产量调控机制的研究

Quinoa (Chenopodium quinoa Willd.), a novel coarse cereal, is possessed of large nutritional and economic value. Inappropriate flowering time hinders the yield and industrial development of quinoa. However, the genetic basis and related genes underlying quinoa flowering time remain to be elucidated. Therefore, cloning and characterization of flowering genes will play significant roles in manipulating the flowering time and increasing the yield of quinoa. FLOWERING LOCUS T(FT), a vital flowering integrator, encodes for florigen proteins. In quinoa genome, there are 23 FT homologs (hereafter named CqFTLs), nevertheless, which ones participate in regulating flowering time and the corresponding regulatory mechanisms remain unclear. In this project, we will: conduct transcriptome and expression pattern assays to predict the candidate flowering regulatory members; isolate the full-length transcripts of those candidates; construct the overexpression, RNAi and knock-out transgenic lines; compare the transcriptomic date between transgenic lines and CK, combined with the prediction from PlaNet and PlantCARE database, to predict the downstream genes of CqFTLs. Then, we will conduct ChIP to determine the target genes of CqFTLs, elucidating the flowering regulatory mechanisms underlying CqFTLs.

藜麦是一种新型特色杂粮，具有巨大的营养价值和经济价值。不合时宜的开花时间是限制藜麦产量提高和产业发展的主要因素。然而，藜麦开花的分子遗传基础及相关基因的功能解析都不清楚。因此，藜麦开花相关基因的克隆和功能解析对于藜麦开花时间的操控与产量的提高有重要意义。FT是一类重要的开花整合因子，也是成花素编码基因。藜麦基因组中有23个FT同源基因(以下称“CqFTLs”)，哪些CqFTLs参与到藜麦的开花调控仍然不清楚。本项目拟通过转录组和表达谱预测出可能参与藜麦开花调控的候选基因；通过RACE-PCR分离出候选基因的全长转录本；构建候选基因的过表达、RNAi、基因敲出转化株系；通过比对转化株系和对照的转录组数据，并结合PlaNet和PlantCARE数据库，预测出CqFTLs的下游基因。最后利用ChIP确定CqFTLs与下游靶基因的调控关系，解析出CqFTLs控制开花时间的调控机理。

开花时间与藜麦产量有密切联系。但目前关于藜麦开花的分子调控机理仍然不清楚，挖掘藜麦开花相关基因资源对未来分子辅助育种有重要意义。.该项目从成花素编码基因家族（Flowering Locus T-like）入手，通过同源比对，从藜麦基因组中筛选了23个CqFTLs。通过进化关系分析，结合氨基酸序列特征分析，21个CqFTLs被划分到3个分支，包括3个MFT类基因，11个促进开花FT类和7个抑制开花TFL类基因。荧光定量PCR结果显示，FT类基因CqFTL4，CqFTL5，CqFTL7，CqFTL9在叶片中特异高表达，TFL类基因在顶端组织、花中特异高表达。通过光周期表达水平分析，推测CqFTL1，CqFTL2，CqFTL4，CqFTL5，CqFTL7，CqFTL8，CqFTL9在SD（short-day）条件下起主导开花作用，而CqFTL3，CqFTL6在LD条件下起主导开花作用。NB（Night-break）试验证明了藜麦是SD作物，通过转录组分析发现CqFTL5，CqFTL7和CqFTL9是响应藜麦NB延迟开花的主要基因。成功构建了CqFTL1，CqFTL5，CqFTL8，CqFTL9，CqTFL1，CqTFL2，CqTFL4，CqTFL6和CqTFL7过表达双元载体。拟南芥遗传转化结果表明，CqFTL1是藜麦的开花促进因子，其它基因功能仍在研究中。对SD和LD条件下转录组数据进行WGCNA分析，发现CqFTL4，CqFTL5和CqFTL9与145个基因紧密共表达，其中包含27个转录因子，注释结果显示其中包括多个与植物开花相关的转录因子家族，如CONSTANS，MADS-BOX，MYB，Homeobox等。该项目研究结果为解析藜麦开花的核心调控网络奠定了坚实的基础。.依托该项目已发表学术论文5篇，其中SCI论文4篇。共培养硕士研究生5人，本科生5人，其中1人获2019年度四川省优秀大学毕业生；1人晋升为副研究员，1人晋升为副教授。