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华中农业大学球宿根花卉研究团队
发布时间: 2021-09-16 10:00:22 4次浏览

华中农业大学球宿根花卉研究团队


      华中农业大学球宿根花卉种质创新及生物技术团队由2名教授、3名副教授和2名讲师组成。团队带头人产祝龙教授入选中科院“百人计划”和湖北省“楚天学者”,张帆教授入选中组部“青年千人计划”。本团队以郁金香和百合为主要研究对象,聚焦种球的膨大机制、成花机理、切花保鲜和衰老、花期调控以及抗逆性问题开展研究,相关结果发表在Planta等SCI期刊。建立并完善了郁金香种球繁育、花期调控、采后处理及花芽促分化的技术体系;通过精准调控郁金香花期实现了郁金香由目前的3-5月份开花(一年一次)到当年10月-次年6月开花(一年多次)的转变。示范推广了郁金香与孔雀草、万寿菊、三色堇、鸡冠花等草花换茬种植的技术体系。

一、阐明了低温促进郁金香开花的机理

分别从细胞生物学和代谢水平系统比较了不同基因型郁金香对低温需求量的差异以及对郁金香开花的影响。低温能够打破花芽休眠,促进花茎生长和开花。研究结果表明不同品种郁金香对低温的需求量具有显著性差异,筛选出四个品种经过短时间低温处理(3周)就可以正常开花(图1)。比较分析结果表明,上述四个品种在短时间低温处理之后能维持花芽的完整性,初级代谢被激活,同时开花整合调控因子FTSOC1等基因在转录水平上显著高于其他品种,相关研究结果发表在Planta上 (DOI:10.1007/s00425-018-03072-4)。从上述差异品种中克隆了多个应答低温和生长素响应的转录因子,构建了超表达转基因植株。验证了目的基因的转录激活活性,并对其互作蛋白进行了筛选,目前已获得两个互作候选基因,它们被推测通过响应低温和生长素信号,进而调控木质素合成,最终导致郁金香花茎的生长和开花。

二、解析了郁金香花朵衰老的机理

对不同品种郁金香的花期长短进行了筛选,并对花期长短呈显著性差异的品种进行了比较分析。相关研究结果表明,郁金香花瓣衰老属于乙烯敏感型,在衰老花瓣中乙烯合成和信号转导被激活,同时有机酸含量显著上升,目前部分研究结果已经投稿。除此之外,水杨酸对郁金香花瓣衰老也具有重要的调控作用。在衰老花瓣中水杨酸合成和信号转导被激活,克隆了多个参与水杨酸合成代谢和调控的基因以及候选转录因子,其作用机理的研究正在进行中。

三、鉴定了花色郁金香花色苷成分和含量,挖掘了花色合成关键基因

以红色的红色印象、粉色的爱恋、白色的南极和橙色的橙色辉煌4种郁金香为材料,采用HPLC-MS鉴定各郁金香品种花色苷成分和含量,白色郁金香中不含花色苷,红色和粉色中都含有矢车菊素芸香糖苷、矢车菊素乙酰化芸香糖苷、天竺葵素芸香糖苷和天竺葵素乙酰化芸香糖苷,红色中天竺葵素芸香糖苷和天竺葵素乙酰化芸香糖苷含量较多。橙色中含有矢车菊素芸香糖苷、矢车菊素乙酰化芸香糖苷和天竺葵素芸香糖苷。另外,还检测到13种黄酮醇物质。通过比较转录组分析,发现与白色品种相比,爱恋、橙色辉煌和红色印象共有的差异unigene为2589条。与南极比较,共筛选61条类黄酮代谢相关的差异unigene,并筛选到部分差异表达的MYB、bHLH、WD40、WRKY和bZIP转录因子,结合代谢产物组分及含量数据,推测DFRANS基因在红色系中的高表达导致花青苷的积累(图2)。

四、百合重要性状相关基因的挖掘与功能研究

为解决百合花粉量大,易污染花瓣以及部分品种抗逆性较差的问题,分别从东方系‘西伯利亚’百合和麝香百合中分离获得了花发育C类基因LlAG以及与抗逆性相关的LlDREB1G同源基因,分别对其进行表达分析,并构建了植物表达载体,转化矮牵牛及拟南芥对其进行功能验证。

四、百合生物技术育种体系的构建及性状改良

利用农杆菌介导的遗传转化方法,将提高百合耐寒性的基因DREB1导入到百合细胞中,获取抗寒性较强的百合植株。将从东方系‘西伯利亚’百合中成功分离的花发育C类基因LLAGI,采用细胞剔除策略(转入TA29-Barnase基因)和RNA干涉技术(RNAi表达载体),进行麝香百合、宜昌百合、‘耀眼黄’等百合主栽品种的农杆菌转化,获得无花粉、重瓣的百合新材料;同时利用EMS化学诱变对麝香百合进行定向耐盐筛选,获得耐盐性提高的麝香百合株系。

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低温处理对郁金香开花的影响

A:低温处理不同时间郁金香的开花情况b:郁金香开花相关基因的表达变化c:低温对花器官发育的影响。

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郁金香色素代谢途径及关键调控基因


发表文章:

Wang, Y., Zhao, H., Wang, Y., Yu, S., Zheng, Y., & Chan, Z. (2019). Comparative physiological and metabolomic analyses reveal natural variations of tulip in response to storage temperatures. Planta, DOI:10.1007/s00425-018-03072-4.


  

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