文心兰切花花瓣衰老过程中基因表达模式研究与关键基因克隆

The Oncidium Gower Ramsey is a major orchid cut flower types with high ornamental value in the world. Flowers life is an important indicator of flower quality and an important horticultural character. The research on flower senescence of Oncidium orchid has important theoretical and practical significance. The project will center on observing morphological changes during the development and senescence of Oncidium flowers, stage diving of the flower development and determining of physiological and biochemical changes of petals during the development and senescence of the flowers. High-throughput transcriptome sequencing ( RNA-seq) and digital gene expression(DGE) will be applied to analysis of differential gene expression for screening petal senescence‑associated genes and understanding their expression patterns and biological functions. Based on the transcript sequence data obtained, key genes associated with petal senescence will be cloned with rapid amplification of cDNA ends (RACE) technology and their expression will be analyzed for understanding their biological functions played in the flower senescence. This project will help to elucidate the molecular mechanism of flower senescence and lay the foundation for preservation of fresh cut flowers and controlling the flower senescence of Oncidium orchids through genetic engineering.

文心兰南茜种（Oncidium Gower Ramsey）是世界上具有较高观赏价值的一种主要鲜切花类型。花的寿命是反映其品质的一个重要指标，对文心兰花衰老研究有重要的理论价值和实践意义。本项目对文心兰花发育与衰老过程中形态变化进行观察和分期，测定衰老过程中花瓣生理生化变化；采用转录组测序和数字基因表达谱技术，对不同发育和衰老阶段的文心兰花瓣的转录组表达情况进行分析，从中筛选出与衰老相关的差异表达基因，了解文心兰花瓣衰老开始前后差异基因表达模式及其可能的生物学功能；结合转录组测序获得的差异表达基因信息，利用RACE技术对与文心兰花衰老相关的关键基因进行全长克隆和表达分析，了解关键基因在文心兰花衰老过程中发挥的功能。本项目实施将有助于理解文心兰花衰老机理及分子调控机制，并为文心兰鲜切花保鲜及利用基因工程进行衰老控制打下基础。

文心兰（Oncidium）是世界上重要的切花类型，具有重要的观赏价值和商品价值。对文心兰切花衰老研究具有重要的理论价值和实践意义。根据形态特征变化，将文心兰花发育进程可分为花苞期、绽口期、半开放期、盛开前期、盛开期、衰老初期、衰老期和脱落干枯期8个阶段。在此基础上，对文心兰切花不同开放阶段花被中的一些生理生化指标和酶活性变化趋势进行测定，研究了硫代硫酸银（STS）、1-甲基环丙烯（1-MCP）及乙烯利对文心兰切花衰老的影响及花衰老过程中乙烯释放和ACC含量变化，结果为理解文心兰花衰老的生理机制和鲜切花化学保鲜提供了理论基础。.利用RNA测序和转录组分析，鉴定出一批对文心兰花瓣衰老过程启动具有调控作用的新基因和新通路。花瓣衰老是一个非常活跃的过程，伴随着大量基因的差异表达。根据差异基因在盛开期前后的表达模式变化，鉴定出参与赤霉素生物合成（GA20ox、GA3ox）、细胞分裂素动态平衡（UGT76C2）、油菜素内酯生物合成（DET2）、水杨酸生物合成（PAL1、ICS2）、乙烯信号转导（EIL3）、细胞分裂素信号转导（ARR4）和茉莉酸信号转导（COI1、JAZ5）的关键基因在盛开期前后表达模式改变，表明这些激素可能在花瓣衰老开始发挥作用。更为重要的是，主要生物钟基因（LHY、TOC1、PRR5、PRR7等）表达在花开放时先下调然后在衰老初期上高的模式显示花瓣衰老时间可能在昼夜节律控制之下。此外，DNMT2、CMT3、HAC12、ELO3、HAG2、hda17等基因的表达模式表明，表观遗传或染色质水平调节也参与了花瓣衰老启动。.利用RACE技术克隆了文心兰花衰老关键基因ACC合成酶基因OnACS2、乙烯信号转导关键基因OnERS1、生物钟相关基因OnPRR7和OnPRR7、反应调控因子OnRR9和OnRR10。利用生物信息学方法分析了这些基因推定的蛋白质的结构和功能，分析了这些基因在文心兰切花发育和衰老期间的表达模式，表明这些基因可能在花衰老过程中发挥关键的调控作用。这些结果为将来进一步阐明文心兰花衰老分子调控机制及利用基因工程方法延缓文心兰切花衰老打下理论基础。