拟南芥光响应F-box蛋白FOF2在开花起始调节中的功能与生化分析

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开花是植物由营养生长向生殖生长过渡的转折点，开花时机直接影响种子产量和植物的成功繁殖。植物开花起始时间的调控极其复杂，由外部环境因素与内在遗传因子产生多种信号精确控制开花时间。目前，在拟南芥中已鉴定到一系列开花调控基因，并发现六条信号通路调控植物开花起始时间。然而，各信号途径之间的交叉会话分子机理尚未完全了解。
　　在本研究中，我们通过筛选拟南芥 F-box基因的过量表达转基因库，鉴定到一个参与拟南芥开花调控的F-box基因并命名为FOF2(F-box of flowering2)。我们成功获得了FOF2过表达植株、显性负调控突变体以及fof2fol1双缺失突变体；通过比较已知的开花基因在转基因植株与野生型中的表达差异来确定 FOF2在调控拟南芥开花中的角色；对 FOF2的基本生理生化特征进行了分析；通过比较FOF2在各开花突变体与野生型中的表达差异来确定 FOF2在拟南芥开花调控网络中的位置。从以上几个方面着手对 FOF2在开花调控中的功能进行了研究。具体结果如下：
　　（1）FOF2属于拟南芥 F-box超家族中的 B4亚家族成员。对 B4亚家族成员进行进化树分析，发现 FOL1(FOF2 like1)、FOL2、FOL3以及 FOL4与 FOF2进化关系最近。FOF2包含一个位于N端的F-box结构域、一个位于中间的 LRR结构域，以及一个位于C端的FBD结构域。氨基酸序列比对表明FOF2和FOL1之间序列同一性达87%，而FOF2和FOL3之间的同一性约为46%。
　　（2）在长日照和短日照条件下，FOF2过表达导致拟南芥植株出现晚花表型， FOF2缺失后不影响植株开花时间。然而显性负性突变体 MycFOF2ΔF以及利用CRISPR/Cas9技术构建的FOF2与其同源基因FOL1的双缺失突变体fof2fol1，在长日照和短日照下均出现早花表型，表明 FOF2是拟南芥开花抑制子，与 FOL1存在功能冗余。
　　（3）FOF2在不同组织器官均有表达，其中在根、茎生叶以及果夹中的表达量较高，在幼苗中的表达量相对较低，说明 FOF2为组成型表达。在拟南芥花芽分化时期，FOF2的转录水平和蛋白表达水平均下降，这与其负调控开花功能相一致。在烟草系统中对 FOF2-GFP或者GFP-FOF2融合蛋白进行定位分析，可在在细胞核中检测到GFP荧光信号，表明 FOF2位于细胞核中。
　　（4）BiFC和Co-IP实验显示，FOF2能够与ASK14在细胞核中相互作用，而当FOF2缺失了F-box结构域后丧失与 ASK14相结合的能力，这暗示 FOF2参与形成SCF复合体，并且F-box结构域是FOF2发挥正常功能所必须的。（5）通过比较拟南芥开花相关基因在FOF2过表达植株或者突变体中的表达，发现开花抑制子基因FLC的表达在FOF2过表达植株中升高，在突变体中则降低。遗传分析发现，FLC基因的缺失能完全抑制 FOF2过表达植物的晚花表型，表明FOF2通过促进FLC表达抑制开花。
　　（6）分析FOF2过表达植物开花对光周期、低温春化及植物激素GA的响应，发现不同光周期和 GA处理对 FOF2过表达植物的晚花表型无影响，而春化作用能恢复 FOF2过表达植物的晚花表型，表明 FOF2可能通过自主途径调控植物开花。通过比较 FOF2在各开花相关突变体中的表达，发现自主开花途径基因 FCA能抑制FOF2的表达，这暗示FCA可能位于FOF2的上游。
　　（7）FOF2具有光敏感性，蓝光受体CRY和红光/远红光受体PHY介导光诱导FOF2的mRNA表达。FOF2蛋白在光下稳定，在黑暗下则通过26S蛋白酶体途径降解。光形态建成抑制子COP1并不影响FOF2蛋白的稳定性，并且FOF2对生长在不同光照条件下的拟南芥的下胚轴的伸长也没有影响，这表明光信号能通过控制FOF2的表达特异影响植物开花。

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作者
贺热情;
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作者单位

湖南大学;

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授予单位湖南大学;
学科分析化学
授予学位博士
导师姓名刘选明;
年度 2017
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原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类 Q945.64;
关键词
植物开花; FOF2基因; F-box蛋白; 起始时间; 调节功能; 光响应; 生化分析;

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