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玉米光周期敏感相关基因ZmTFL1的克隆及功能验证

常丽丽

   光周期敏感性是热带、亚热带玉米种质在温带利用的一个主要障碍。因此,克隆和研究玉米光周期敏感相关的基因并揭示光周期敏感的遗传特性和内在分子机制具有重要的理论和实践意义。本研究以热带玉米自交系CML288和温带自交系黄早4为材料,利用同源克隆的方法克隆了与拟南芥TFL1、水稻FDR1/FDR2基因同源的玉米ZmTFL1基因。利用荧光定量PCR技术,研究了不同光周期处理下ZmTFL1基因在光周期敏感自交系CML288和光周期钝感自交系黄早4的叶片和茎尖中的表达情况,以及ZmTFL1基因与ZCN8、DLF1和ZAP1基因之间的表达关系。构建了ZmTFL1基因的过量表达载体,通过农杆菌浸染花序法转化拟南芥,观察了转化株的表型,分析了相关基因的表达情况,对ZmTFL1基因的功能和作用机制进行了研究。主要研究结果如下: 1.利用同源克隆方法,首次克隆了玉米的ZmTFL1基因,GeneBank登录号为DQ925416。该基因序列含有4个外显子和3个内含子,CDS序列中含有522bp完整的开放性阅读框,推测编码一条173个氨基酸的肽链。蛋白系统进化分析发现,ZmTFL1与水稻FDR1/ FDR2、大麦HvTFL1和黑麦草LpTFL1的同源性分别为91%、85%和83%,但与拟南芥TFL1仅有70%的同源性。蛋白结构预测显示其含有保守的PEBP结构域,且具有TFL1亚家族蛋白独特的His88和Asp144残基,表明ZmTFL1基因属于玉米PEBP基因家族TFL1亚家族的成员。 2.应用实时荧光定量PCR法研究了ZmTFL1基因在CML288和黄早4长短日照处理条件下茎尖和叶片中的表达规律,分析了ZmTFL1基因与ZCN8、DLF1和ZAP1基因在玉米开花转换过程中的表达关系。结果表明,在长短日照处理条件下,ZmTFL1基因在叶片中仅有微弱的表达量,但在茎尖中的表达量很高,且在玉米不同的发育时期呈现出高低不同的表达变化,表明ZmTFL1基因主要在茎尖起作用。基因间的表达关系研究表明,ZmTFL1基因在从光周期诱导期向花发育转换的过程中起抑制作用,而ZCN8基因起促进作用,当ZCN8基因的表达量达到一定的阈值时,它与ZmTFL1基因竞争结合DLF1的能力增强,就会解除ZmTFL1基因对花分生组织基因ZAP1的抑制作用,激活ZAP1大量表达,促进花分生组织的发育,完成开花转换过程。 3.成功构建了玉米ZmTFL1基因的过量表达载体PBI-ZmTFL1,且成功转化拟南芥突变体tfl1-14,获得3株转基因植株,其中两株转基因后代与突变体相比,花期延迟了约11天,开花时的叶片数增加了5片,另一转基因植株直到衰老也没有开花。所有的转化株均形成无限花序结构,且叶片表面的毛状体密度加大,植株高度明显增加。基因表达模式研究显示,在突变体tfl1-14植株中,FT基因较弱的表达量就能激活FD,促进花分生组织基因AP1的表达,形成早花表型,而在转化株中,高量表达的FT基因才能解除ZmTFL1基因对AP1基因的抑制作用,促进开花转换。表明ZmTFL1基因能够抑制开花,且具有与拟南芥TFL1基因相似的功能,是玉米中的TFL1-like基因。……   
[关键词]:玉米光周期敏感;同源克隆;ZmTFL1基因;荧光定量PCR;拟南芥转基因
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:河南农业大学2009年