[发明专利]调控十字花科植物开花时间的物质和方法

说明书

技术领域

本发明属于调控十字花科植物开花时间领域，具体涉及调控十字花科植物开花时间的物质和方法。

背景技术

大白菜(Brassica rapa.pekinensis)是一种重要的蔬菜作物，其营养生长阶段分为四个发育时期：幼苗期、莲座期、包心期和结球期。这种二年生草本植物需要经历一个冬天才能开花，植物经过低温处理后，到第二年春天开花，这个过程叫春化。

在大白菜营养生长的任一时期，只要有20-50天的低温环境(10℃以下)，植株就能通过春化作用进入生殖生长阶段。在生产上，“未熟抽薹”是造成大白菜产量和品质损失的一大难题，其原因是植株在结球期和结球期之前就通过春化作用而抽薹，导致植株无法结球和形成散球。为了保证产品器官-叶球的充分发育和产量形成，育种家往往将晚抽薹作为一个重要育种目标，而栽培者则通过播种期的安排避免大白菜生殖生长阶段的到来。

在拟南芥中，FLOWER LOCUS C(FLC)作为一种重要的开花抑制蛋白负调控春化作用，参与植株从营养生长向生殖生长的转化过程。拟南芥生态型Col自身FLC表达较弱，所以不经过春化也可以开花。但在一些突变体中发现FLC表达会上调。通过对突变体的鉴定发现对FLC表达起促进作用的FRI，和对FLC表达抑制的FCA，FLD，LD，FVE。其中FRI(FRIGIDA)可协调mRNA的5’帽子结构与Paf(PolII-associated factor complex)的相互作用而起到修饰染色质的作用；FCA是个有RNA结合结构域的蛋白，它对mRNA的poly(A)尾巴形成起作用；FLD(FLOWERING LOCUS D，a homolog of the humanlysine-specific demethylase 1(LSD1))是催化组蛋白H3K4位点上去甲基化的酶。除了这些调控FLC表达的蛋白外，对FLC表达起明显调控效果的环境因素是低温处理，即春化。春化中FLC表达受抑制主要通过诱导表达FLC基因区域的非编码RNA的表达，然后由非编码RNA介导组蛋白甲基化，从而在表观遗传上抑制FLC的表达。FLC在春化中受到表观遗传学上的抑制，主要是激活型组蛋白修饰(乙酰化，H3K4me3)的消失，和抑制型组蛋白修饰(H3K9me3，H3K27me3)的增加。VIN3只在拟南芥春化过程中表达，它结合FLC的启动子和第一个内含子区域，导致在春化中，该区域的组蛋白去乙酰化(Wood et al.，2006)。组蛋白的H3K4me3去甲基化由FLD(FLOWERING LOCUS D，a homologof the human lysine-specific demethylase 1(LSD 1))催化的(Liu et al.，2007)。VRN2(Gendall et al.，2001)和LHP1(Sung et al.，2006)分别通过调节H3K27me3和H3K9me3甲基化来维持FLC的抑制状态。非编码的RNA同样会参与到FLC在春化中的表观遗传学抑制，其中就包括FLC的反向转录本和反向转录本启动子区域的短RNA。

研究发现，拟南芥植株体内存在一种非编码的FLC反义转录本(Naturalantisence transcripts，NATS)，它与FLC正义转录本的表达水平有关。拟南芥的天然反向转录本最早在2003年通过Tilling发现的。2007年通过Northern blot在FLC3’端杂交得到两条小RNA，大小分别为24nt和30nt，方向相反。2009年Nature报道了拟南芥FLC两个反向转录本的序列，该小RNA的产生位置不在反向转录本的第一个外显子内，位于反向转录本的启动子区域，同样小RNA位于FLC正向转录本Poly(A)尾巴后面，所以可以排除是Nat-siRNA(Swiezewskiet al.，2007)。由于它位于反向转录本启动子附近，它有可能属于动物中报道的启动子区域的短RNA(PASRs)，FLC3’端的短RNA是否会介导组蛋白甲基化，有待于进一步的研究。

大白菜和拟南芥同属于十字花科植物，亲缘关系较近。大白菜(Brassicarapa)是严格需要春化才能开花的，和拟南芥相比，大白菜中FLC的表达量要高。2007年(Kim et al.，2007)报道大白菜基因组中共有3个FLC，即BrpFLC1、BrpFLC2、BrpFLC3。其中BrpFLC2位于2号染色体上，BrpFLC1位于10号染色体上，BrpFLC3位于3号染色体上。它们在春化中都会受到表观遗传上的抑制，从而起始开花基因的表达。