拟南芥开花时间调控基因的克隆与功能分析

开花是植物从营养生长到生殖生长的重要转折，何时启动开花对生殖发育的成功至关重要。我们从EMS诱变的拟南芥M2代中筛选获得了一个晚花突变体。无论在长日照还是短日照条件下，突变体的开花时间都明显晚于野生型。遗传分析表明该突变性状是由隐性单基因控制的。定位结果显示，该突变基因位于第5染色体上5-AL353993-1819和5-AL391143-1855分子标记之间，是一个新的开花时间突变体，我们命名为Flowering Locus X (FLX)。本申请项目拟利用图位克隆方法克隆FLX基因；并通过对FLX蛋白的结构分析、亚细胞定位，FLX基因的时空表达分析，FLX基因特异沉默后的表型分析以及flx与其它开花时间突变体的遗传上位性分析等研究手段鉴定FLX基因在开花调控中的作用，这对于全面理解拟南芥开花时间调控的分子机制具有重要意义。

RUS4是拟南芥DUF647蛋白家族的一个成员，其分子功能及参与的生物学过程完全未知。我们通过人工microRNAs技术获得了特异沉默RUS4的突变体。amiR-RUS4突变体由于花粉活力降低和花药开裂失败导致雄性育性严重下降。通过对amiR-RUS4基因沉默突变体花药发育细胞形态学观察，发现amiR-RUS4突变体花药不能正常开裂和释放花粉是由于药室内壁的次生加厚出现异常；qRT-PCR分析表明，RUS4通过直接或间接调节药室内壁次生加厚相关基因NST1和NST2表达，从而控制次生加厚过程。另外，扫描电镜观察显示amiR-RUS4突变体的花粉形态是不正常的；进一步表达分析表明，花粉壁形成的关键调节因子AMS及其下游调节因子MYB26的表达也发生了改变。RUS4启动子融合GUS报告基因分析显示，RUS4是在花药绒毡层、药室内壁以及花粉中特异表达，这与其在花药和花粉发育中发挥作用相一致。我们的研究结果首次发现了RUS4调控花药发育的一条新途径，其涉及到两个关键的生物学事件：药室内壁木质化和花粉成熟。