核因子NFYBs影响菊花成花的调节机理解析

Chrysanthemum is an important commercial flower as cut flowers, potted flowers and landscape plant cultivated worldwide. As a typical kind of short day plant, Chrysanthemum’s commercialization anniversary production depends mainly on light regulation and control which is power-wasting and time-consuming and leads to a significant increase on cost of production. Therefore, mechanism research of floral induction and breeding of cultivar that is insensitive to the photoperiod are always critical subjects in Chrysanthemum molecular breeding. From our recent study, several members of NFYB gene family were found that could change the abiotic stress tolerance and influence flowering time of Chrysanthemum.In this study, we will continue to indentify the influence of NFYBs gene on the floral induction of Chrysanthemum, analyze the related upstream genes and miRNA regulating network, screen and determine interaction factors, reveal the regulatory mechanism of studied NFYBs gene that affects the floral induction of Chrysanthemum on the transcriptional and post transcriptional level. Our goal is to provide new data for Molecular Biology analysis of chrysanthemum blossom from an evolutionary perspective and to excavate the genes for further transgenic breeding of new Chrysanthemum cultivars with photoperiod insensitivity.

菊花是全球重要的商品花卉。菊花的成花大多受到短日照环境的诱导，商品化周年生产主要靠光照的调节，耗能且费时，极大地增加了生产成本。因此，认知菊花的成花机理，培育光周期不敏感品种，始终是菊花品种创制的国际性研究热点。申请者近期的研究发现，核因子NFYBs家族中的多个成员在菊花中的过量表达或RNAi沉默能够显著影响转基因植株在非诱导开花条件下的开花时期。基于此，本研究拟进一步检测NFYB 重要成员对菊花成花的影响，解析所涉及的下游基因和miRNA调节网络，筛选和鉴定互作蛋白，从转录和转录后层面揭示核因子NFYB成员影响菊花成花的调节机制，为从进化的角度解析菊花开花的分子生物学补充新数据，进而为培育光周期不敏感的菊花新品种提供基因储备。

菊花在世界范围内都是极其重要的观赏植物，通常属于短日照类型，目标花期的实现主要依赖于以光照为基础的栽培调控措施。同时，在绿化应用中，依赖于充足水分的供给。因此，菊花的成花机理和干旱胁迫响应机理始终是菊花研究的重要的课题。本项目首先对NF-YB家族基因进行了分离鉴定，明确CmNF-YB8可调节开花，通过基因沉默，观察了CmNF-YB8基因对植物开花时间和干旱胁迫耐性的影响，进而探讨了CmNF-YB8影响植株开花时间和干旱胁迫耐性的分子生理机制。主要结果如下：.1）从菊花中克隆得到了一个由952个核苷酸组成的NF-YB家族基因，其在菊花植株的所有组织中均有表达。在干旱处理6 h后，该基因表达被干旱强烈抑制。.2）成功获得CmNF-YB8沉默菊花植株和过量表达拟南芥植株，对CmNF-YB8沉默菊花植株整个生长期的观察发现，与对照植株相比，CmNF-YB8沉默菊花植株的花期明显提前。对CmNF-YB8过量表达拟南芥植株的整个生长期观察发现，过表达植株在营养生长阶段叶片发育迟缓，开花明显延迟。.3）分别对CmNF-YB8转基因菊花和拟南芥进行了干旱胁迫处理。结果表明，与菊花WT植株相比较，CmNF-YB8沉默菊花植株的干旱胁迫耐性显著增强；与WT拟南芥对照植株相比，CmNF-YB8过量表达拟南芥植株干旱胁迫耐性明显减弱，叶片失水率明显较高，而最终成活率却很低。.4）通过RNA-seq，在CmNF-YB8菊花沉默植株中共得到758个差异表达基因，其中共得到15个上调的开花相关基因，包括，4个SPL家族基因和7个开花途径下游的整合子基因，以及4个CO家族基因，表明CmNF-YB8菊花沉默植株中的花期改变主要通过调控Aging途径和光周期途径。通过miRNA-seq，在菊花沉默植株中得到17个开花相关差异表达miRNA，其中6个为miRNA156家族基因。通过染色质免疫共沉淀分析发现miRNA156a和miRNA156c是CmNF-YB8的直接下游基因。.5）CmNF-YB8 通过表观遗传修饰调控菊花开花，对菊花CmNF-YB8-RNAi、WT植株中甲基化水平进行了分析。结果显示在CmNF-YB8-RNAi植株中H3K4me3的水平比WT高，H3K27me3的水平低于WT。.综上所述，CmNF-YB8基因在菊花中具有调节开花和干旱胁迫耐性双重功能。