華中農(nóng)業(yè)大學(xué)植物科學(xué)技術(shù)學(xué)院王晶副教授課題組在Journal of Experimental Botany雜志發(fā)表題為“Transposon insertions within alleles of BnaFLC.A10 and BnaFLC.A2 are associated with seasonal crop -type in rapeseed”的研究論文，相關(guān)研究揭示了BnaFLC.A10 和 BnaFLC.A2啟動(dòng)子區(qū)不同轉(zhuǎn)座子插入后導(dǎo)致的轉(zhuǎn)錄水平變化，由此決定甘藍(lán)型油菜對(duì)春化的需求，并影響生態(tài)型分化的遺傳機(jī)制。
某些植物在生長發(fā)育過程中必須經(jīng)歷一段低溫的過程才可以開花，這一過程稱之為“春化”。在擬南芥中，這一過程主要受FLC（FLOWERING LOCUS C）基因控制，低溫春化使其表達(dá)量降低，從而解除了其對(duì)“成花素”基因FT（FLOWERING LOCUS T）的抑制。甘藍(lán)型油菜是我國及世界上重要的油料作物，根據(jù)其對(duì)春化時(shí)間的需求不同，可以分為春性（開花早，基本無需春化）、冬性（開花晚，需要經(jīng)歷較長時(shí)間低溫春化）和半冬性（需要中等程度的低溫春化）三種生態(tài)型。我校油菜團(tuán)隊(duì)的前期工作表明，甘藍(lán)型油菜具有9個(gè)FLC的同源基因，其中BnaFLC.A10啟動(dòng)子區(qū)一個(gè)MITE轉(zhuǎn)座子的插入在很大程度上決定了冬性甘藍(lán)型油菜對(duì)春化的需求，而BnaFLC.A2則是決定半冬性油菜春化需求的關(guān)鍵基因。但MITE 具體是如何影響B(tài)naFLC.A10的表達(dá)以及兩個(gè)基因如何共同作用決定油菜春化需求的機(jī)制并不清楚。
BnaFLC.A10和BnaFLC.A2表達(dá)模式以及互作對(duì)開花期的影響
本研究中，對(duì)三種典型生態(tài)型油菜等位基因序列的分離、比較發(fā)現(xiàn)， BnaFLC.A10啟動(dòng)子區(qū)除冬性油菜中已發(fā)現(xiàn)的MITE轉(zhuǎn)座子外，在半冬性油菜和春性油菜中分別具有一個(gè)4.422 kb hAT 和一個(gè) 5.625 kb LINE轉(zhuǎn)座子；半冬性油菜BnaFLC.A2啟動(dòng)子區(qū)具有一個(gè)已知的2.833kb的插入，而在春油菜中，其第一內(nèi)含子中具有一個(gè)810bp插入。不同轉(zhuǎn)座子的插入與兩個(gè)基因在三種類型油菜春化前葉片中的表達(dá)量、春化過程中表達(dá)的動(dòng)態(tài)變化及開花時(shí)間相對(duì)應(yīng)。MITE轉(zhuǎn)座子的插入起到了增強(qiáng)子的作用，而5.625 kb LINE和810bp的插入則分別導(dǎo)致了兩個(gè)基因的沉默。遺傳分析表明，帶有MITE 的BnaFLC.A10和不帶任何插入的BnaFLC.A2均可以顯著推遲春油菜的開花時(shí)間，兩個(gè)位點(diǎn)同時(shí)存在使得開花時(shí)間進(jìn)一步推遲，但不足以使春性油菜轉(zhuǎn)變?yōu)槎杂筒?。?duì)包含有920份甘藍(lán)型油菜自然群體的單倍型分析表明，帶有MITE 的BnaFLC.A10是決定甘藍(lán)型油菜較強(qiáng)春化需求和晚開花的關(guān)鍵基因；無MITE存在時(shí)，不具任何插入的BnaFLC.A2則是決定春化需求、影響開花時(shí)間的關(guān)鍵基因。上述結(jié)果為油菜不同生態(tài)亞型分化的遺傳解析奠定了基礎(chǔ)，也為油菜的生育期改良提供了參考。
植物科學(xué)技術(shù)學(xué)院碩士研究生殷帥和萬明為論文共同第一作者，王晶副教授為論文通訊作者。本研究受到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金和“973”計(jì)劃的資助。
論文鏈接：https://doi.org/10.1093/jxb/eraa237
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