菊花转录因子BBXs提高低温耐性和影响花期的调节机理解析

Chrysanthemum is an important commercial flower as cut flowers, potted flowers and landscape plant cultivated worldwide. At present, the energy consumption is going to be a key factor that increases producing cost under protection cultivation of Chrysanthemum.So mechanism research of improving cold stress tolerance is always the important subject in Chrysanthemum molecular breeding. Chrysanthemum is the typical short day plants, it is commercialization anniversary production depend mainly on light regulation and control.So mechanism research of floral induction is also the important subject in Chrysanthemum molecular breeding .In present,we fould STH gene that a member of BBX family can improving cold stress tolerance and influence flowering time in Chrysanthemum.In this study we will isolate BBX family genes, which are in response to cold tolerance and influence flowering time from chrysanthemum. We then identify their upstream Transcriptional Factors , downstream genes and interaction factors. Our goal is to understand the molecular regulatory mechanism of the BBX family genes in the signal transduction of cold stress and floral induction from different aspects, transcription and post transcription. Our goal is also to excavate the genes for further transgenic breeding of new Chrysanthemum cultivars with strong cold stress tolerance and photoperiod insensitive.

菊花是全球重要的花卉种类，广泛用作切花、盆花以及园林绿化。周年需求一直拉动着菊花的周年生产，而在晚秋、冬季以及早春的低温，使得菊花设施栽培中的能耗成为生产成本居高不下的限制因素。因此，菊花的低温耐性机理研究始终是菊花分子育种研究的热点。菊花又是典型的短日照植物，商品化周年生产主要靠光照的调节与控制，研究其成花机理，也一直是菊花分子育种研究的热点。我们近期的研究发现，菊花转录因子BBX家族中有一个STH基因能够提高低温耐性，同时影响到开花时期。本研究拟从菊花中低温响应转录组数据库中进一步筛选响应低温、影响花期的BBX基因家族成员，通过上下游基因及互作因子的筛选和鉴定，从转录和转录后多个层面，探讨BBX24基因增强菊花低温胁迫耐性以及改变花期的分子机理，进而为培育耐低温且光周期不敏感的菊花新品种提供基因储备。

本研究从菊花中低温响应转录组数据库中筛选响应低温、影响花期的BBX基因家族成员，通过上下游基因及互作因子的筛选和鉴定，探讨BBXs基因家族增强菊花低温胁迫耐性以及改变花期的分子机理，进而为培育耐低温且光周期不敏感的菊花新品种提供基因储备。其结果如下：我们在转录组中识别了4个BBX亚家族成员，RT-PCR分析表明CmBBX19主要集中在叶片、花和茎中表达，CmBBX22a主要在花中表达，CmBBX22b和CmBBX22c则是在叶和根中表达较高；胁迫处理分析表明，CmBBX22b受失水胁迫诱导，而CmBBX22a和CmBBX22c被失水胁迫下调，CmBBX19和CmBBX22c明显受到低温诱导，但该家族基因不受盐胁迫诱导；洋葱表皮瞬时表达系统分析表明CmBBXs均定位在细胞核中，酵母转录激活实验表明CmBBX22a、CmBBX22b和CmBBX22c具有转录激活能力且转录激活区域在蛋白的中段而不是C末端和N末端的B box区域，而CmBBX19并没有发现具有转录激活能力；CmBBX22a、CmBBX22b和CmBBX22c受蛋白酶体降解，但甘露醇处理可以提高CmBBX22b蛋白稳定性；获得拟南芥CmBBXs过表达株系，发现过表达CmBBXs家族基因均影响拟南芥开花时间，同时叶片离体失水率及干旱处理试验表明，CmBBX22b过表达株系具有较强的耐失水能力，而CmBBX19、CmBBX22a和CmBBX22c过表达株系降低了耐失水能力；CmBBX24基因受低温、干旱等非生物胁迫诱导表达，且随光照时间不同而表现节律性变化；CmBBX24被白光、蓝光和红光等单色光诱导表达，但远红光处理会抑制其表达；过量表达CmBBX24基因的菊花和拟南芥植株增强了对低温环境的胁迫耐性，沉默CmBBX24基因的菊花植株则出现相反的表型；在16℃温度条件下，与野生型和过表达植株相比，沉默CmBBX24基因植株的开花时间明显提前；外源施加GA恢复了CmBBX24过表达植株的晚花表型，表明CmBBX24基因影响的菊花非生物胁迫耐性和开花时间的变化可能与GA的生物合成有关。这些结果为利用基因工程手段培育非生物胁迫耐性且可周年花期调控的菊花新品种提供理论基础，对菊花育种和栽培生产具有深刻的应用意义。