非洲菊花瓣伸展中PRGL和GEG上游转录因子的调控网络构建

Petal morphogenesis is an important factor in quality formation of ornamental flowers. Petal expansion occurs in the late stage of petal development which includes three major stages. At present, the research on the molecular regulatory network of petal expansion is less, especially in ornamental flowers. Gerbera is an important flowering plant, in which PRGL and GEG genes of GASA family play the opposite roles in petal expansion. In this study, the upstream transcription factors will be studied in order to clarify how these two genes coordinately regulate petal expansion. Firstly, the upstream transcription factors of PRGL and GEG will be screened from cDNA library of Gerbera and verified by dual luciferase system and EMSA assay. On the basis, their functions of regulating petal expansion will be verified through transient transformation and virus-induced gene silencing (VIGS) in order to confirm the key regulatory transcription factors. And then, spatial and temporal expression patterns, transcriptional binding activity, the interaction among regulatory transcription factors and relevant genetic transformation assay will be studied. Finally, the regulatory network for the upstream transcription factors of PRGL and GEG genes will be constructed. The research will contribute to the molecular mechanism of petal expansion in Gerbera and provide the theoretical basis and gene resources for the molecular design breeding of petal morphology in ornamental flowers.

花瓣形态建成是决定观赏花卉品质形成的重要因素。在花瓣发育的三个主要时期中，花瓣的伸展主要发生在后期。目前对花瓣伸展的分子调控网络研究较少，在观赏花卉中更为缺乏。非洲菊是一种重要的观花植物，其GASA家族基因PRGL和GEG在花瓣伸展中发挥相反的作用。为了探明这两个基因如何协调调控花瓣伸展，本项目将从上游转录因子入手，首先从非洲菊cDNA文库中筛选并通过双荧光素酶系统和EMSA等实验确认PRGL和GEG的上游转录因子，然后通过瞬时转化和VIGS技术验证它们是否调控花瓣伸展，确定关键调控转录因子；进一步通过时空表达模式的分析、转录结合活性的检测、调控转录因子之间的互作以及相应的遗传转化实验，初步构建PRGL和GEG的上游转录因子调控网络。本研究为最终阐明非洲菊花瓣伸展的分子机理奠定基础，同时为观赏花卉的花瓣形态分子设计育种提供理论依据和基因资源。

花瓣形态建成是决定观赏花卉品质形成的重要因素。在花瓣发育的三个主要时期中，花瓣的伸长主要发生在后期。目前对花瓣伸长的分子调控网络研究较少，在观赏花卉中更为缺乏。非洲菊是一种重要的观花植物，其GASA家族基因GhPRGL和GEG在花瓣伸长中发挥相反的作用。为了探明这两个基因如何协调调控花瓣伸长，本项目从非洲菊cDNA文库中筛选得到花瓣伸长晚期具有抑制功能的基因GEG的上游转录因子GhMIF、GhEIL1、GhBZR1、GhEBF1和GhGTE8，通过各种实验证明了GhMIF、GhEIL1和GhBZR1通过激活GEG抑制舌状花花瓣晚期伸长。对于花瓣伸长早期具有促进功能的基因GhPRGL，首先通过瞬时转化非洲菊进一步确定了其确实具有此功能，然后利用非洲菊cDNA文库筛选GhPRGL上游调控转录因子，获得了五个相关的上游转录因子GhMIF、GhBPE、GhERF、GhNDX和GhARF8，通过一系列实验确定了GhMIF通过激活GhPRGL调控舌状花的伸长，而GhBPE和GhARF8却是转录抑制GhPRGL的表达进而调控舌状花的伸长。其中GhMIF转录因子能够同时调控在花瓣伸长过程中起相反功能的两个基因GEG和GhPRGL，从而在分子水平阐明了这两个基因协调调控花瓣伸长的机制。同时本项目还研究了调控GEG的GhBZR1家族基因GhBEH2的功能，发现其为转录因子；稳定转化非洲菊发现过表达GhBEH2P209L对非洲菊整个生长发育过程都有影响。幼苗阶段叶片、叶柄严重扭曲变形，开花期整个花序发育均不正常，三种小花、花梗和雌蕊均扭曲变形，花的生长和正常开放受到抑制。.非洲菊作为菊科花卉，是国际上的五大切花之一。然而其花型单一，不像菊花因丰富的花型近年来培育的品种多达7000多种，因此培育不同花型的非洲菊是势在必行的事。本项目通过对非洲菊舌状花花瓣伸长的研究，为丰富其花型提供重要的理论依据和候选育种基因，可以更快地推动非洲菊的分子育种工作。