白桦开花抑制因子BpFLC的调控机理研究

Flowering is a switch from vegetative growth to reproductive growth, and it is significant for the development and utilization of forest resources to extend the growth period of the tree and delay entering into the reproductive stage. A flowering inhibitor, named BpFLC, was cloned from Betula platyphylla Suk. The ectopic expression of BpFLC gene can significantly delay flowering and increase the total biomass of transgenic Arabidopsis thaliana. However, there is no report about the differences in flowering pathways between woody plants and herbaceous plants. We hope to study transformant of birch with overexpression and knockdown of BpFLC, also aim to screen and verify the related genes of BpFLC and flowering, and, we will reveal the regulation mechanism of the BpFLC. Our study will provide theoretical basis for the mechanism of flowering regulation and genetic improvement of forest trees.

开花是植物由营养生长向生殖生长转变的开关，延长林木的童期使其延缓进入生殖期对林木资源的开发与利用具有重要的意义。本课题组从白桦中克隆出一个林木开花抑制因子，暂命名为BpFLC，该基因的过量表达能使转基因拟南芥极显著延迟开花并增加整体生物量。目前有关木本植物与草本植物成花途径的差异尚未见报道。本项目拟通过分析BpFLC过量表达及抑制表达后对转基因植株开花周期的影响，并结合转录组数据筛选林木成花途径中的差异基因，揭示林木FLC基因的的调控机制，为林木成花调控机理研究与林木遗传改良提供理论依据与参考。

高等植物的开花是一个高度复杂的生理过程，不仅受环境条件诱导、信号传导，同时还受到大量开花相关基因的控制，FLOWERING LOCUS C (FLC) 是参与春化作用途径的一个非常关键的基因。本项目克隆白桦BpFLC基因，构建过表达及CRISPR/Cas9载体并在白桦中进行遗传转化，经多年培养后观察白桦表型，最终确定BpFLC具有延迟开花的生理功能。通过荧光原位杂交、实时荧光定量PCR、GUS染色等方法，我们发现BpFLC主要在白桦的顶芽及幼叶中表达；冬季休眠芽及春季的解除休眠芽中均有表达；4月份叶片展开至9月份叶片脱落的整个生长周期中，不同树龄白桦BpFLC表达模式相似，均在6月末有较高程度的表达，且1年生白桦所有取样时期相对表达量均为最高。通过RNA-seq、ATAC-seq、广泛靶向代谢组及酵母单双杂交等综合关联分析，寻找到BpFLC上游调控因子、BpFLC互作蛋白及BpFLC下游调控基因及代谢物质，丰富并完善了BpFLC调控网络。探究了不同时期BpFLC甲基化变化，克隆BpFLC甲基化调控基因BpLEC及BpJMJ18并在白桦中进行遗传转化，进一步探究BpFLC对开花的影响。本项目以白桦为研究对象，探讨林木FLC调控开花的机制机理，为FLC基因的功能研究提供有意义的补充。