芒果FLC基因在成花过程中的功能研究

Mangifera indica L. is an important tropical and subtropical woody fruit plants. Most of the mango cultivars can flower after a period of low temperature, but the flower of ‘SiJi’ mango can flower several times in one year without low temperature, even in the hot summer. At present, the molecular biological mechanism of flowering regulation is still not clear. In Arabidopsis, FLOWERING LOCUS C (FLC), a key suppressor of flowering gene, is repressed by low temperatures. Low expression level of FLC can promote flowering. In preliminary study, a FLC gene was obtained from the data of transcriptome sequencing of ‘SiJi’ (undemanding low temperature) and ‘TaiNong No.1’ (demanding low temperature). The coding region sequences were completely consistent with each other, but the expression level of FLC in ‘SiJi’ tissues was significantly lower than those in ‘TaiNong No.1’. The FLC homologues genes in Arabidopsis, including FLOWERING LOCUS M (FLM) and MADS AFFECTING FLOWERING (MAF2-MAF5) were not founded in mango transcriptome data. The role of FLC during mango flowering and its molecular mechanism remain unknown. Based on our previous studies, the expression pattern, promoter activity, function analysis and protein interaction analysis of mango FLC will be further studied to investigate the function and regulation network of FLC during mango reproductive. The results of this project will provide theory basis for mango flowering regulation and enrich the regulation theory of flowering time. Meanwhile, the results of this project will also lay the foundation for further study of FLC gene by using epigenetics method during flowering development in mango.

芒果是重要的热带亚热带木本果树，大部分芒果成花需要低温，而四季蜜芒成花不需要低温，在炎热的夏季依然可以开花结果，其成花分子机制尚不清楚。FLC基因是拟南芥中一个关键的成花抑制基因，低温抑制其表达而促进成花。本课题组已从四季蜜芒（不需要低温）和台农一号芒（需要低温）转录组中分离获得一个FLC基因，其编码区序列完全一致，但其表达水平在四季蜜芒中显著低于台农一号芒；而且在芒果转录组中没发现在拟南芥中存在的5个FLC同源基因FLM和MAF2-MAF5基因。FLC在芒果成花过程中扮演怎样角色，通过何种途径调控芒果成花呢？目前尚不清楚。本项目将在前期研究基础上，通过对FLC表达模式、启动子活性、转基因功能以及上下游互作蛋白的筛选与鉴定分析，以期探明FLC在芒果成花过程中的功能，项目的实施有助于为芒果花期调控提供理论依据，丰富木本植物成花调控理论，也为利用表观遗传学法进一步研究FLC的作用机制奠定基础，

项目研究背景：.植物成花调控是目前研究的热点课题。芒果我国热带亚热带地区重要的木本果树，其在农村产业扶贫和经济发展中扮演重要的角色。芒果栽培的重大问题之一是成花问题，成花早晚严重影响芒果的产量与品质。低温促进芒果的花芽分化，而高温则抑制芒果的成花。FLC基因是植物成花温度调控途径的关键基因，因此项目设置的初衷是揭示FLC基因调控芒果成花的分子机制。.主要研究内容、重要结果、关键数据.通过对4个芒果品种MiFLC基因序列的比较分析，发现MiFLC基因在不同芒果品种之间核苷酸和氨基酸序列高度保守。基因表达模式分析显示，MiFLC基因与芒果的童期和成花转变密切相关。启动子序列分析显示，不同芒果的启动子序列也高度保守。启动子活性分析显示，MiFLC基因启动子在转基因拟南芥幼苗期的各个组织器官中均高度表达，而在成花期的拟南芥中，MiFLC启动子在营养器官的叶片中具有较高的表达水平，在茎和根中的表达水平显著低于幼苗期，而在雄蕊、角果基部和假隔膜中特异表达，而低温和不同光照时长影响MiFLC基因启动子。MiFLC转基因显著抑制转基因拟南芥的成花时间，超量表达的MiFLC基因在拟南芥中显著下调了AtSOC1、AtFT基因的表达，说明MiFLC基因抑制芒果成花。酵母单杂发现14-3-3C1和14-3-3C2是MiFLC基因的上游调控因子，能够直接调控MiFLC启动子的表达，而MiFLC蛋白能够直接与MiSVP1和MiSVP4互作，可能参与调控下游基因SOC1、AP1和SEP1基因的表达，同时还发现MiFLC蛋白也能够直接与MiSOC1D互作。.科学意义.通过系统地对芒果MiFLC基因的核苷酸、氨基酸和启动子序列分析、基因表达模式分析、启动子转录活性分析、转基因功能分析和基因互作研究，认识了芒果MiFLC基因在不同芒果品种中序列的高度保守性，弄清了MiFLC基因启动子的组织表达活性，明确了MiFLC基因基因的生物学功能和揭示了MiFLC基因上下游调控因子，构建了以FLC基因为核心的芒果成花互作网络。为后续芒果成花基因调控网络的深入研究奠定基础，为芒果花期的调控提供理论依据。