NtAGL6-1基因调控单瓣和重瓣中国水仙花发育的机理

Narcissus tazetta var. chinensis Roem is a famous traditional flower in China. It has important ornamental traits and commercial value. Because the breeding resources are scarce, the genetic background is not clear and the existing cultivars were triploid, the breeding of new varieties by genetic improvement is limited. We found that the NtAGL6-1 is related to the appearance of double Narcissus. Transgenic tobaccos with overexpressed NtAGL6-1 showed novel phenotypes by flowering early and petaloid stamens. As a further step of our previous work and findings, in this project, we aim at deep exploration of NtAGL6-1 gene from Narcissus tazetta var. chinensis Roem for its expression pattern in different organs and developmental stages of flower in single and double Narcissus. We will detect the interaction between NtAGL6-1 with other genes related to flower development. Over-expression and RNAi in Narcissus will be used for the functional verification of NtAGL6-1 gene. The implementation of the project will not only enhance the understanding of function of NtAGL6-1 in the flower development of single and double Narcissus and rich the theoretical basis of regulation the plant flower development, also provide information for explaining the mechanism of the double flowers, and is expected to create some Chinese Narcissus plants with new flower shape and flowering early .

中国水仙是我国传统名花，具有重要的观赏性状和商业价值。由于育种资源稀缺、遗传背景不清、现有栽培品种均为三倍体等原因，限制了通过遗传改良来培育新品种。项目组在前期研究中发现中国水仙AGL6类基因NtAGL6-1与其重瓣化有关，转基因烟草出现提早开花和雄蕊瓣化等表型。本课题拟对NtAGL6-1的功能进行系统的研究：以单瓣和重瓣水仙为切入点，采用荧光定量PCR、原位杂交技术分析NtAGL6-1在单瓣和重瓣水仙花发育过程中的时空表达模式；利用酵母双杂交技术分析其与其它花发育相关基因的互作关系。分别构建超表达和RNAi植物表达载体，转化单瓣和重瓣中国水仙，分析该基因的功能及其调控花发育的机制。项目的实施，不仅将增进对NtAGL6-1基因在单瓣和重瓣水仙花发育中功能的认识，丰富植物花发育调控的理论基础；而且为解释花重瓣化的发生机制提供资料，并有望创建一些新花型及提前开花的中国水仙植株。

中国水仙是我国的传统名花之一，存在天然的单瓣与重瓣花表型。虽然在ABCDE模型没有提及AGL6类基因在花发育中的作用，但前人的研究结果表明AGL6类基因确实参与了花器官的发育和成花诱导。本研究以单瓣和重瓣的中国水仙为材料，研究了NtAGL6-1基因在水仙花发育中的功能及其作用机制。研究结果显示： NtAGL6-1基因在营养器官中的表达量较低，主要在花器官中表达；在单瓣水仙的花瓣和子房中表达量较高，在副冠、雄蕊和雌蕊中几乎不表达；在重瓣水仙的瓣化雄蕊和雌蕊中表达量都升高。野生型烟草相比，35S：：NtAGL6-1的转基因烟草植株提前开花，花器官发生变化，出现4瓣花、雌雄蕊发育异常和种子较小等性状，这与NtAGL6-1表达模式相一致，表明NtAGL6-1参与了花发育。在35S:: NtAGL6-1的T0代和T1代转基因拟南芥ap1-10突变体中，转基因植株出现早花、次生花、恢复突变体的萼片和花瓣器官等表型，表明其具有促进开花和决定花瓣和萼片的功能。酵母双杂交实验结果表明NtAGL6-1能与 NtAG1、NtSOC1、NtSVP、NtAP1、NtPI1、NtAP3互作，自身也能形成同源二聚体，不能与NtFT1互作。双荧光素酶实验发现NtAGL6-1能增强NtFT1启动子的活性，但酵母单杂交结果显示NtAGL6-1不能直接结合在NtFT1 基因的启动子上。分离了NtAGL6-1基因上游起始密码子上游 803 bp 序列，其包含核心元件及多个与发育调控及环境响应等作用元件，高温和 GA3诱导处理可增强启动子活性。NtAG、NtMYB1和NtMYB2负调控NtAGL6-1启动子活性，且NtAG和NtMYB2不直接结合在NtAGL6-1启动子上。构建了pBI121-NtAGL6QDZ::NtAGL6表达载体和pTCK303-RiNtAGL6干扰表达载体，进行了中国水仙的遗传转化。本项目同时还分析了中国水仙其他花发育相关基因的表达模式及功能，为进一步研究该基因的生物学功能奠定了基础。本项目的实施有助于对AGL6基因功能及作用机理的了解。