乙烯调控大豆花芽分化与成花逆转的机制研究

大豆（Glycine max (L.) Merr.）花芽分化与其产量形成密切相关。申请者前期研究结果显示：大豆内源乙烯的抑制合成可促进花芽分化，显著提高产量；内源乙烯的促进合成会诱导成花逆转，明显降低产量。以上结果表明乙烯参与调控了大豆花器官的形态建成。本项目在此研究结果的基础上，深入分析大豆花芽分化和成花逆转过程中乙烯生物合成限速酶ACC合酶和乙烯受体的时空分布特征，并与其它内源植物激素的动态分布相关联，探讨乙烯调控大豆花芽分化和成花逆转的生理机制；进一步通过SSH和cDNA array技术系统分离相关的差异表达基因的ESTs，并进行基因表达谱差异分析，通过乙烯应答基因的注释与乙烯介导的花发育相关基因的分子网络构建，挖掘与乙烯调控花器官发育相关的重要基因资源。综合以上结果，在生理与基因表达水平上深入探索乙烯调控大豆花芽分化与成花逆转的机制。本研究结果将为大豆的高产栽培和育种提供理论依据。

大豆花芽分化与其产量形成密切相关。大豆植株进行外源乙烯合成抑制剂处理可促进花芽分化并提高产量，乙烯促进剂处理会诱导成花逆转从而降低产量，本研究在此研究基础上深入探讨乙烯调控大豆花芽分化与成花逆转的机制。结果表明：（1）乙烯促进剂处理促进大豆雄性器官败育，花荚脱落量大幅增加，侧枝分化，产量降低，乙烯抑制剂处理产生的生理效应与促进剂相反。ACC合酶和乙烯受体ETRI的免疫组织化学定位分析结果显示，ACC合酶与乙烯受体ETR1分别在维管组织韧皮部与雄性器官中特异性表达，乙烯促进处理、抑制处理能分别增强与弱化ACC合酶和乙烯受体ETR1在相应部位的表达。（2）使用乙烯促进剂与抑制剂对大豆植株进行喷施处理，以清水处理为对照，分别提取其总RNA进行Solexa测序，建立了三个平行的表达谱数据库，测序信息组装后获得约1000万条Unigene，经过与公共数据库的比对，寻找得到了显著差异表达基因，并进行了乙烯应答基因的注释与乙烯介导的花发育相关基因的分子网络构建，挖掘到了大豆花荚发育过程中可能直接受乙烯调控的17个应答基因，包括ACC-oxidase, PP2Cs, MAT1, acetyltransferase, BAHD acyltransferase, CAD, aconitate hydratas和 ANS 等；（3）进行了差异表达谱和激素含量的动态变化过程分析，结果表明：乙烯抑制剂处理的生理效应主要通过抑制ACC合酶基因的表达来现实，乙烯促进剂处理则会增强内源乙烯的生物合成，激活乙烯信号转导路径促进细胞与组织的衰老。除调控乙烯的生物合成与信号转导路径外，乙烯促进剂与抑制剂对IAA，GA，CTK 和ABA信号转导路径也会产生复杂的影响，这表明乙烯与其它植物激素间的互作也是其调控大豆成花的一个重要机制。（4）基于建立的大豆差异表达谱，进行了转录因子差异表达的对比分析,预测了一些重要转录因子的结合位点，分析结果表明乙烯主要通过MYB类转录因子介导植物激素合成网络调控大豆生殖器官的发育，MYB转录因子应是大豆应答乙烯信号通路的关键环节之一。在项目研究过程中，共有4篇学术论文分别发表于PMBR(SCI, IF=5.319)，ACPP(SCI, IF= 1.305)和浙江大学学报（农业与生命科学版）