FT基因对莲开花和地下茎发育的生物学功能研究

Floral transit and the initial of rhizome (storage organ) enlargement are two important stages in the growth cycle of lotus, and the duration of flowering time is close related to the rhizome enlargement. However, the genetic relatedness between them remains unclear. Many research reported that FT genes are the key genes for flowering time and the formation of storage organs. Two FT homologous gene, NnFT1 and NnFT2, have been cloned in lotus, which play an important role in floral transit and the initial of rhizome enlargement. In this project, using the temperate lotus ‘BG’ and the tropical lotus ‘WR1’, which have significant difference on flowering time and rhizome enlargement, as the materials, the gene expression pattern of NnFT1 and NnFT2 on the levels of RNA and protein will be analyzed, the evolution of NnFT1 and NnFT2 between temperate lotus and tropical lotus will be elucidated, the difference on the sequence and methylation level in the promoter regions between the two genes will be revealed, the upstream and downstream proteins interact with NnFT1 and NnFT2 will be identified, and the pathways of NnFT1 and NnFT2 regulating flowering and rhizome development will be constructed. Finally, the function of NnFT1 and NnFT2 on floral transit and the initial of rhizome enlargement will be validated through the transgenic complement experiments. This project will reveal the molecular mechanisms for NnFT1 and NnFT2 on floral transit and the initial of rhizome enlargement, and dissect the functional differentiation of the two genes on flowering and rhizome enlargement. The information obtained in this project will provide new information to regulate flowering and rhizome formation in lotus.

开花和地下茎（贮藏器官）膨大启动是莲生命周期的两个重要过程，且花期持续长短与地下茎膨大启动早晚有密切关系。但目前开花和地下茎之间的调控关系还不清楚。大量研究表明FT基因为植物开花和贮藏器官发育的关键基因。申请人已分离到对莲开花和地下茎膨大启动有重要作用的NnFT1和NnFT2。在此基础上，本项目将以开花和地下茎存在显著差异的温带莲'白鸽'和热带莲'冬荷'为材料，解析NnFT1和NnFT2在RNA和蛋白质水平的表达模式，揭示温带莲和热带莲FT基因的适应性进化关系，分析两生态型间NnFT1和NnFT2启动子和甲基化水平的差异，分离鉴定两基因的上游调控因子和下游互作蛋白，构建NnFT1和NnFT2调控莲开花和地下茎膨大的分子途径，通过转基因验证它们的功能。本项目将解析NnFT1和NnFT2的分子调控机制，揭示它们对开花和地下茎发育功能分化的机理，为调控莲开花和地下茎发育提供新思路。

开花和地下茎膨大启动是莲生命周期的两个重要过程，且花期持续长短与地下茎膨大启动早晚有密切关系。大量研究表明FT基因为植物开花和贮藏器官发育的关键基因。因此，开展FT对莲开花和地下茎膨大的功能研究对解析莲生长发育具有重要意义。通过本项目实施，获得结果如下：（1）分析了莲NnFT基因的表达模式，发现NnFT1、NnFT2 、NnFT3和NnFT5主要集中在叶片和花相关器官中表达，而NnFT6主要在膨大期的地下茎表达。亚细胞定位研究发现这5个NnFT基因均定位于细胞核和细胞膜。（2）分析了NnFT在温带莲‘州藕’和热带莲‘冬荷’两品种间的序列差异。NnFT6的CDS序列在品种间存在3个SNP差异，5个NnFT基因启动子在品种间均存在多个SNP的差异，导致两品种间的光响应元件、MBS元件等发生了改变。（3）检测了NnFT基因的启动子活性。NnFT1和NnFT6启动子在苗期和花果期的叶脉组织中具有活性；NnFT3启动子在苗期侧叶脉组织，花果期的叶片顶端、萼片顶端及柱头顶端具有较强活性；NnFT5启动子在根、茎与叶柄的维管组织、花丝和柱头中具有较强活性。（4）转化拟南芥和马铃薯对NnFT基因的功能验证。通过转化拟南芥和马铃薯，确定了NnFT2、NnFT3和NnFT5对开花的促进作用，NnFT6对马铃薯结薯的促进作用。（5）鉴定与NnFT互作蛋白。通过酵母双杂和BiFC技术，鉴定到与NnFT2互作的NnFD基因，与 NnFT3互作的MYB5转录因子、锌指蛋白和NnFD蛋白。本项目证明了NnFT对莲花期和地下茎发育的分子调控作用，揭示它们对开花和地下茎发育功能分化的机理，为调控莲开花和地下茎发育提供新思路。