第二十九卷第六期 楚雄师范学院学报 V01.29 No.6 2014年6月 JOURNAL OF CHUXIONG NORMAL UNIVERSITY Jun.2014 高等植物成花分子机理研究进展 范树国 , (1.楚雄师范学院化学与生命科学学院,云南楚雄675000; 2.滇中高原生物资源开发与利用研究所,云南楚雄675000) 摘要:花发育是有花植物生活史中一个极其重要而复杂的事件,它既涉及到细胞的与分化,又 涉及到组织和器官的形成,它既受环境因子的影响,又受自身生理信号的,它是一系列基因表达综合 作用的结果。植物开花机制涉及四种成花诱导的途径:光周期途径、春化途径、赤霉素途径和自主促进途 径。但不同日长的植物,开花机制不同;同一日长类型的植物,开花机制也可能有差异。相对于草本植物, 木本植物开花机理的研究起步较晚,尚未见茶花开花分子机制的研究报道。 关键词:开花时间基因;光周期途径;春化途径;赤霉素途径;自主促进途径 中图分类号:Q94 文章标识码:A文章编号:1671—7406(2014)06—0058—12 对植物成花机制的研究已开展将近一个世纪,人们最初以观赏植物为主要材料进行开花 机制的研究。后来通过对拟南芥(Arabidopsis thaliana)、金鱼草(Antirrhinum majus)、水稻(Ory za sativa)、矮牵牛(Petunia hybrida)等模式植物研究,对植物开花机制有了一定的了解。高等植 物花的形成是一个十分复杂的发育过程,既受内在一系列基因表达的,又受外界环境因素的 影响。_】 植物开花机制涉及四种成花诱导的途径:光周期途径(photoperiod pathway)、春化途径 (vernalization pathway)、赤霉素途径(gibberellic acid pathway)和自主促进途径(autonomous path— way)。[ ] 1.高等植物成花途径的分子生物学机制 植物成花是基因和环境相互作用的结果。影响植物成花的环境因素主要包括光照、温度和胁 迫(水分和盐分)等。 1.1光周期途径 光周期是影响植物生长发育的一个很重要的条件,植物整个生命周期都是在光周期影响下调 控完成的。拟南芥是一个典型的长日照植物,即长日照条件可以促进开花,短日照则会抑制开 花。目前拟南芥中光周期开花途径是4个途径中最为清楚的一个,也是比较完整的一条途 径。_9 在高等植物开花的光周期途径中,感受光诱导的部位是植物的叶片,感受光的物质是光受 体。光受体大致可分为3类,即光敏素(phytochromes)(PHYTOCHROME A(PHYA)、PHYB/D、 PHYC/F、PHYE)、隐花素(cryptochrome)(CRYPTOCHROME1(CRY1)、CRY2和CRY3)和紫外 线B类受体(ultraviolet B)。光受体感受日长和夜长,产生昼夜节律(circadian rhythm)。这时光受 体本身(或与其有关的一些物质之间)会形成某种平衡;当昼夜节律发生变化时,这种平衡就会 基金项目:云南省高校科技创新团队支持计划,项目缩写:IRTSTYN;云南省高校应用生物学重点 实验室建设项目(无项目编号);云南省“生物学”重点学科和楚雄师范学院“生物 学”重点学科建设项目,项目编号:05YJJSXK03;云南省应用基础研究项目,项目编 号:2013FB061。 收稿日期:2014—06—12 作者简介:范树国(1965一),男,河北青县人,教授,博士,研究方向:植物生物化学与分子生 物学。 ・58・ 楚雄师范学院学报2014年第6期 范树国:高等植物成花分子机理研究进展 被打破,促进(或抑制)一些基因表达,从而启动(或抑制)开花进程。 ’" 所以,光周期诱导 植物开花需要适当的昼夜节律,人们从拟南芥中克隆到的影响昼夜节律的基因CIRCADIAN CLOCK ASSOCIATED1(CCA1)、LATE ELONGATED HYPOCOTYL(LHY)、EARLY FLOWERING 3(ELF3)、 TIMING OF CAB EXPRESSION1(TOC1)、FLAVIN BINDING KELCH—REPEAT F—BOX1(FKF1)、 ZEITLUPE(ZTL)、LUX ARRHYTHMO(LUX)和LOV KELCH PROTEIN2(LKP2),它们的mRNA的 水平会随着昼夜节律的变化而改变,这类基因位于光周期途径的上游。_J 一J DOF FACTOR1 (CDF1)和G,感受昼夜节律基因的变化,并把信号传递给CO并激活CO的表达。¨ 光周期不仅控制节律调节基因的转录水平和翻译水平,而且还影响着节律调节基因对其下游 开花时间基因的表达,这些下游开花时间基因包括成花途径整合因子、花序/花分生组织基 因和花器官基因。 FLOWERING LOCUS T(FT)、LEAFY(LFY)和SUPPRESSOR OF 0VEREX- PRESSION OF CONSTANS 1(SOC1)基因在光周期途径中整合开花起始信号和诱导花序/花分生 组织特异基因的表达中起重要作用。 b’ H CO是第一个被鉴定的既受生物节律钟基因调节又能下游开花时间基因的桥梁基因。 模 式植物拟南芥在长日照条件下,昼夜节律平衡被打破,CO基因在叶中的表达量上升,CO基因的 表达积累到一定阈值会诱导F 基因的表达。lj CO通过诱导朋 、LFY和SOC1而促进开花。 在 CO突变体中,F 和 y的表达量降低,SOC1也有所降低。CO突变体晚花的表型在过表达F 、 LFY或SOC1后得到改变。但CO并不是它们感应的唯一因素。CO通过F 激活SOC1促进开花, 在F 的功能获得或缺失突变体中SOC1的表达受到了改变,而在SOC1的功能获得或缺失突变体 中F 的表达则不受影响,说明F 正SOC1以促进开花。 ,王,在成花过程中的起始阶段表达, 在 突变体中LFY表达量降低,而过表达F 则使LFY在茎尖表达明显升高,从而促进开花。l4oJ 叶盛 对云南元江普通野生稻渗入系早熟基因进行了精细定位,发现在定位区间内共有3个 已知全长cDNA的基因(putative gene)和2个预测基因(predicted gene)。通过蛋白序列比较发 现,其中包括一个和拟南芥开花基因SOC1同源的基因,该基因(OsSOC1)可能是水稻基因组中 个影响抽穗期的重要基因。通过DNA序列比较发现,渗入系YIL23在该基因的5’区域存 一在一个大约260bp的缺失。根据拟南芥中同源基因的功能分析和测序结果推测,可能通过消除水 稻中FLC同源基因对OsSOC1基因的抑制作用,从而使抽穗提前。 AP1是一个重要的花序/花分生组织特异基因,AP1是花器官发育ABC模型中控制萼片和花 瓣的发育的A类基因,编码一个含有MADS—box的转录因子,并在新形成的花分生组织中表 达, 刮F 也通过SOC1调节AP1的表达。_4 SVP在拟南芥中是生殖转变的重要抑制基因。_4 ¨等 从枳壳(Poncirus trifoliate L.Raf.) 中获得的一个MADS—box基因,它与拟南芥的SVP同源,命名为PtSVP,它参与枳壳每年的 生殖转变。PtSVP编码的蛋白质与拟南芥等草本植物的SVP同源。PtSVP是一个核蛋白,在枳壳 的成花转变过程中PtSVP表达是被下调的,但是成花转变前和成花转变后表达都很高,因此, PtSVP的下调与枳壳一年一度的开花习性有关。在成花转变时,PtSVP在芽的分生组织中是被下 调的,并且在花分生组织中表达也较低,但是在花芽形成前后表达量都较高。 Js 在一定程度 上抑制生殖转变,但是延长了生殖时间并使二级花序产生更多的小花。P£s 是一个生殖转变抑 制因子,它参与了营养和生殖干细胞生长的保持。 在光周期途径的众多开花相关基因中,F 基因备受关注。目前F 蛋白被认为是促进开花的 关键因子,即开花素(florigen)。F 是CO的早期激活目标基因,由光诱导的CO直接转录激活 F 在叶中表达,翻译后的F 蛋白与在顶端分生组织中特异表达的FD蛋白相互作用,共同激活 花分生组织决定基因 y和AP1的表达,启动开花进程。_4 目前,已在水稻、小麦、大豆、杨 树、蜜柑等多种植物中分离出F 同源基因,现有的结论都显示F 在开花过程中起着非常重 要的作用。 H 在长日照下拟南芥F 最初在叶片中表达,F 通过茎维管组织运输到茎尖,与开 花发端的茎顶端特异区域中的FD互作表达,共同影响SOC1AP1的表达,促进茎顶端开花 起始。_5 LFY基因是花序分生组织转变为花分生组织过程中的一个关键因子,它能够促进AP1、 AP3、AG和 的表达。[57,58] ・59・ 楚雄师范学院学报2014年第6期 楚雄师范学院学报 2014年第6期 FT蛋白是促进兼性长El照植物拟南芥开花的关键物质。_5lI J Hd3a和RFT1蛋白是促进短日 照植物水稻开花的关键物质。[52,53,59]从日中性植物番茄中也克隆到F 的直系同源基因SINGLE— FLOWER TRUSS(SFT)。[61 J近年来的研究表明,异源表达的F 直系同源基因能够显著缩短白杨的 童期,并促进其开花;某些木本植物随着年龄的增长,其, 的直系同源基因的表达量也随之上 升。_6 因此,对于任何植物的成花诱导,c0一F 模式都可能是控制成花的中心环节。沙爱华 等 采用同源序列法从大豆中分离了CO和F 的同源物GmCO和GmF 。发现GmCO在LD处理 大豆早期发育的叶片中高丰度表达,GraFT在SD和自然光照(natural light,NL)处理大豆开花 时期的叶片中高丰度表达。GmCO和GraFT的表达与大豆开花时间及光照长度密切相关,且Gm— CO抑制GmFT的表达。AHL27基因在拟南芥的生长发育中起重要作用,该基因的过量表达可抑制 开花基因F 的表达,同时促进FLC的表达,从而延迟拟南芥在长日和短日条件下的开花时 间。 风信子(Hyacinthus orientalis L.)MADS盒基因HoAGL6参与了风信子花的形成,以及花被 和子房的发育。在拟南芥转化植株中HoAGL6参与了花器官特性决定。在35S::HoAGL6的拟南芥 转化植株中显著提高了开花时间调节基因SOC1和花分生组织特征基因LFY的表达水平,并且 HoAGL6的异位表达也在叶片中激活了花器官特征基因AG和SEP1的表达。这些结果支持在拟南 芥中HoAGL6通过促进SOC1和LFY的表达来调节开花时间,以及通过激活AG和SEP1参与了花 器官发育。l65] y同源基因存在于所有的陆生植物中,在植物花发育早期表达,并在花发育过程中抑制茎 端分生组织的营养生长,花分生组织和花器官的形成,使转 y基因植株提前开花,LFY同 源基因与其上下游基因共同花发育过程。LFY同源基因的蛋白质结构在不同物种间保守性很 高,但它们的表达部位差异很大。 LFY基因的超表达可促进开花,使得LFY基因在植物花期调 控上有广阔的应用前景。目前已经在30多种植物中克隆到LFY同源基因,但除模式植物外,由 于其他植物的基因组结构很复杂,LFY的作用机理还不是很清楚,需要通过大量的突变体来验证 其功能。[ 。] 将LFY基因转入拟南芥和杨树,都能引起转基因植株早花,杨树的野生型通常要8口以上才 能开花,而转基因杨树仅七个月便能开花,说明 ’l,的功能在不相关的植物种中很可能是高度保 守的。 将AP1基因转入拟南芥,也能引起转基因植株早花。在持续的长日照条件下,野生型拟 南芥大约18d可见最初的花芽,而转基因植物则需10d可见最初的花芽。_6 1.2春化途径 目前的研究认为,春化作用与蛋白质和核酸代谢的关系密切。也有学者认为,春化作用参与 调节发育过程的化学本质是DNA的甲基化作用。FLC基因在拟南芥的春化过程中起着关键作用, AP1一like基因则在其他也需要春化作用的非十字花科植物中起类似作用。目前分离到的与春化作 用相关的基因有FLC、VRN2、VRN1、VRN3、VER2、P舾1、 l、TFL2和ELF等。Chong等。。 从 冬小麦(Triticum aestivum)中分离得到类凝集素蛋白基因VER2,该基因是春化过程中的一个关键 因子。VER2仅在经过春化作用的冬小麦未成熟叶片的叶缘分生组织中表达;反义抑制VER2的表 达能够显著延迟野生冬小麦成花。 VER2经0一GlcNAc(氧连Ⅳ一乙酰葡糖胺)修饰,这是VER2 参与冬小麦春化过程所必需的。l 从拟南芥和冬小麦中均分离到了VRN1和VRN2,虽然它们的命 名方式完全一样,但它们是完全不同源的基因。冬小麦中分离得到的VRN1、VRN2、VRN3和 VRT2等是参与春化作用的重要基因。VRN1和VRN3是开花促进因子。VRN1与拟南芥中的AP1基 因同源,属于MADS类蛋白家族,该基因受低温诱导表达,在冬小麦的春化作用中起关键作用。 VRN3是拟南芥中 的同源基因,F 和VRN3蛋白同属于Raf激酶抑制蛋白家族。而冬小麦的 VRN2是开花抑制因子,和拟南芥中的CO基因类似,属于CCT蛋白家族,其主要功能是抑制 VRN1的表达 。在拟南芥中,VRN3经过一段时间低温诱导后表达,使FLC基因的染色质组蛋 白H3一K9和H3一K14去乙酰化,进而使FLC染色质构型发生改变,这种染色质构型的改变使得 组蛋白仍特异位点的甲基化成为可能 。在VRN1、VRN2以及其他一些相关基因的共同作用 下,FLC染色质上H3一K9和H3一K27发生甲基化从而形成稳定的异染色质,进而实现对FLC的 抑制,加速开花进程。L8 此外,PIE1、 1、TFL2和ELF等均是通过影响染色质修饰来调节开花 ・60・ 楚雄师范学院学报2014年第6期 范树国:高等植物成花分子机理研究进展 的基因。[m] 开花促进因子可能起源于FT—like类蛋白,这类蛋白在拟南芥、水稻和番茄中负责传递光周 期诱导成花的信号。拟南芥和冬小麦的春化途径是两个相对的进化过程,在未春化的拟南芥 中,MADS盒类转录因子通过抑制SOC1和F 的表达阻碍成花;而在未春化的冬小麦中,CCT盒 类转录因子通过抑制VRN1和VRN3的表达阻碍成花。 拟南芥和冬小麦的春化途径对于研究观赏 植物的春化作用诱导成花有一定的指导意义,但是在观赏植物中春化作用的分子机理是否保守尚 需进一步研究。[∞ 1.3赤霉素途径 赤霉素(GA)途径中,GA介导的DELLA蛋白降解的分子机制目前研究得比较清楚。DEL— LA是c端保守,N端存在DELLA和VHYNY 2个保守酸性结构域的一类蛋白的总称,属于GRAS (GAI、RGA和SCR)蛋白家族。DELLA蛋白位于细胞核中,在没有GA的情况下,它阻遏植物的 发育;但当DELLA蛋白上的GA信号感知区接收到GA信号后,这种蛋白的阻遏作用便被解除。 植株表现出正常的GA反应和生长发育。如果改变DELLA蛋白的结构,植物就不能感知GA信 号。 M 在拟南芥中,GA通过促进整合子基因SOC1、LFY和F 的表达促进开花。 1.4自主途径 自主途径是一条的成花诱导途径,现已克隆的与之相关的基因主要有FLD、FCA、门 、 FY、FVE和LD。[51 FCA和F 编码RNA结合蛋白; 5_Fy编码与mRNA 3’端加工相关的蛋白; 6_ LD编码含有核定位信号的蛋白,与植物的DNA一结合结构域有比较高的同源性 ;FLD编码一 个与人的组蛋白去乙酰化酶复合体同源的蛋白,FLD突变后使FLC染色质组蛋白乙酰化,FLC表 达量上升,进而抑制开花。 自主途径和春化途径通过一个MADS盒类转录因子——几D 豫,ⅣG LOCUS C(FLC) 】,和AP1等基因的表达,控制成花过程。_8。。在拟南芥中主要通过改变FLC染色体结构来控制成 花进程。 遗传学实验证明,自主途径是由一些通过RNA加工修饰的蛋白和表观遗传学修饰的蛋 白来抑制FLC表达;但并非所有自主途径的突变体都会使FLC发生组蛋白乙酰化,在自主途径中 还有其他抑制FLC表达的方式。 春化作用主要使FLC启动子和第1个外显子的染色质组蛋白 H3一K9和1-13一K27的双甲基化程度升高,从而造成FLC的表达量改变。_8 j此外,在光周期的刺 激下,通过上调GA2OX1基因的表达,能够使许多长日照植物的叶片中GA的合成量增加;在拟南 芥中,低温处理可提高AtGA2Ooxl、AtGA2Oox2、AtGA3oxl和AtGA3ox2的表达量,进而提高GA的 浓度。[83] 此外,碳水化合物或蔗糖途径(carbohydrate or¥ltcrose pathway)反映了植物的能量代谢状态, 蔗糖是通过增加LFY表达而促进拟南芥开花。但尚不知其确切的信号转导过程。 上述各条途径集中于增加关键的花分生组织特征基因SOC1的表达。SOC1是含有MADS一盒 的转录因子,它的作用是将来自于四条途径的信号整合到单一的输出端。很显然当所有四条途径 都被激活时,输出信号最强。 SOC1激活下游基因 y的表达,LFY一旦被打开,就会激活花器官发育所需的花同源异型 基因AP1、AP3、PI和AG。AP2在营养分生组织和成花分生组织中都表达,所以不受 】,的影 响。除了作为花同源异型基因外,AP1在拟南芥中还起了分生组织特征基因的功能,因为它参与 了LFY的正反馈环。结果成花启动一旦到达此阶段,开花便不可逆转。 高等植物的开花机理主要是通过拟南芥和金鱼草(长13植物,LDP)、水稻(短日植物, SDP)等模式植物揭示的。但这些模式植物成花机理的研究不能完全解释高等植物的成花过程。 除LDP和SDP,还有中日植物(intermediate day plant,IDP)和日中性植物(day neutral plant, DNP)。就兰花而言,蟹爪兰和建兰是SDP,文心兰、石斛兰和君子兰是IDP,大花蕙兰、蝴蝶兰 和朵丽蝶兰为兼性短日植物(facultative short~day plant)。在兼性短日植物中,日长对开花的影 响较不显著,但开花需要一定时间的低温,类似cold requiring plant(CRP)。山茶花是LDP, 3~5 ̄C处理10~20 d以上,或喷施800 mg/L的赤霉素(GA3)能够促进山茶开花。 而油茶 (C.o衄rera Abe1.)是SDP。研究表明,不同日长植物的开花机制有差异,即使同是长日植物,开 一・61・ 楚雄师范学院学报2014年第6期 楚雄师范学院学报 2014年第6期 花机制也不完全相同。如洋桔梗(Eustoma grandilorum)是LDP,需春化处理才能开花,但其开 f花机制和拟南芥不完全相同。 除模式植物,在菜薹 ]、甘菊 ]、蝴蝶兰 ]、文心兰 等植物中也发现了一些开花 基因。 总之,植物的开花是一个内外多因子控制的过程,其调节涉及多种信号和多条途径,正由于 植物体内存在成花诱导的多因子途径,才能使植物实现种间同步开花,完成杂交过程,并尽可能 产生多而活力强的种子,这也体现了植物进化对环境的适应性。 2.木本植物开花调节机制研究及存在的问题 与一年生草本植物不同,多年生木本植物需要经历一个较长的童期(juvenile period),才能 开花结果。童期的长短取决于该物种本身的特性,从4年至2O年不等。这一特性极大地了树 木品种,尤其是那些具有重要经济价值的果树及林木的遗传改良。由于木本植物童期较长,而且 组织培养较困难等原因,了木本植物开花机理的研究。因此,很有必要加强木本植物组培和 开花机理的研究,以缩短童期,培育早花品系,加快育种进程。 目前木本植物开花机理方面的研究报道不多,木本植物开花调节基因目前主要涉及F 、 LFY、AP—like、AG等基因的克隆及表达。通过转移开花基因的方法缩短木本植物的童期, 如转辐射松的NLY基因可以互补拟南芥 一26突变体表型;_9 转拟南芥AP1和 l,基因的柑橘 当年开花,子代当年播种,次年开花; 转苏云金杆菌BpMADS1:BARNASE基因可以抑制白桦开 花; 9引转杨树CiFT基因的枸橘提前开花,转基因的后代极早开花,花和果实形态改变;L99 转拟南 芥LFY基因的杨树7个月就开花。 在柑橘类植物(Citr ̄spp.)中克隆到CO的同源基因。¨ 在 杏(尸r 眦s armeniaca Lam.)克隆到了LFY的同源基因并转化拟南芥研究了该基因的功能。¨ 山茶花(Camellia japonica L.),山茶科(Theaceae)山茶属(Camellia)红山茶组(Sect.Ca— mellia)常绿灌木或小乔木,原产亚洲东南部,在我国长江以南均有分布。山茶花开花于冬春之 际,花姿绰约,花色鲜艳,是世界名贵花卉,是中国十大名花之一,历来受文人墨客所追捧。山 茶花栽培历史悠久,早在1300年前的隋唐时代就有茶花栽培的记载,1986年被选为“十大传统 名花”之一。山茶花因其花色(红、白、黄)花型(单瓣/重瓣等)多样、叶片浓绿富有光泽、 花期长且能在冬、春季开花等诸多优点,因此具有很高的观赏绿化价值,而且山茶花还可用作饮 料或人药等,具有重要的食用及药用价值,深受世界各地喜爱,因此在国内外被广为栽培应用, 新品种层出不穷。然而,我国虽然是山茶花的原产国,但栽培繁育的新品种并不多,至今只有 500余个品种;而日本、欧美等国从我国引种后,已培育出15000多个新品种,反差十分强烈。 因此我国山茶花育种研究任重而道远。 茶花高居云南名花之首。地处滇中的彝州楚雄是茶花的故乡,是云南山茶花的重要原生 地,也是地球上最适合山茶花生长的地区。楚雄州境内有大量的原生茶花资源,仅在楚雄市已发 现并登记在册的野茶花就达三万余株,百年以上的古树便达八千株以上。楚雄人历来就有种养茶 花的习俗,至少从宋始就有人种养茶花、培育名品,到现在为止,已培育的特有茶花品种有 5O多种。2007年11月,茶花被确定为楚雄市市花,使楚雄市成为了全国(包括新竹在内) 的十八个以茶花为市花的城市之一。2012年2月5~9日,楚雄市成功举办了第21届国际茶花大 会。茶花已成为云南省和楚雄州重点发展的产业之一。 茶花是重要的观赏植物,而观赏植物成花机制是高等植物成花机理研究的重要组成部分,由 于观赏植物的特殊性(如生长周期长和遗传背景复杂等),使得观赏植物成花机理的研究进展相 对缓慢。目前,对于观赏植物成花机理研究比较深入的只有少数几个物种,如牡丹(Paeonia s fruticosa)、金鱼草(A.m L.)、菊花(Chrysanthemum morifolium)和月季(Rosa hybrida)等, 有必要加强对此类植物的研究。对一些重要观赏植物的成花机理进行研究,将有助于全面理解高 等植物的成花机理,同时也将为生产中开展花期提供理论依据。 从整体上来看,茶花的花期可以从秋末一直延续到翌年春末,花期长达半年之久,而从单个 种或品种看,茶花开花一般只有1~3个月的时间,而且不同种或品种有秋花、冬花、春花之分。 .62. 楚雄师范学院学报2014年第6期 范树国:高等植物成花分子机理研究进展 显然,人们可在秋、冬、春三个季节欣赏茶花,而一旦进入夏季,便鲜有茶花可赏,不能不说是 个遗憾。棕桐园林股份有限公司风景园林科学研究院茶花研究组从2006年开始,进行了旨在改 变茶花花期的定向育种,现已培育出5个夏花珍品:夏日牡丹(杜鹃红山茶×花牡丹)、夏日红 一线女(杜鹃红山茶×玉盘大金华)、夏日红阳(媚丽×杜鹃红山茶)、夏日狂舞(媚丽×杜鹃红 山茶)、夏日红娟(杜鹃红山茶×超级南天武士)。这些茶花品种在夏季38~39℃下能正常开花, 整个花期可持续到冬季。 为什么茶花开花一般在冬春两季?夏日开花种或品种为何如此之少? 在花发育的四条途径中,山茶花到底属于哪条或哪几条途径?秋花、冬花、春花、夏花以及四季 开花的茶花种或品种的花芽分化过程有何区别?是一次分化、多次开花,还是随时分化、四季开 花?不同花期茶花的开花机制有何不同?山茶花的开花机制与同是长日植物的拟南芥的开花机制 是否相同?二者有何区别和联系?上述这些问题都有待进一步研究。 目前,茶花研究主要集中在以下几个方面:一是通过常规育种培育新品种;二是从茶花中提 取花青素(anthocyanins),如从云南山茶(C.reticulata Lind1.)和大理茶(C.cuhivar"Dalicha,) 红花中提取花青素;三是组培方面的研究,组培方面的研究日趋成熟,为转基因研究打下良好基 础;四是茶花分子标记方面的研究;五是茶花花芽分化和开花习性的观察等研究。茶花花芽分化 方面的研究不多,叶茂宗等 ∞ 探讨了山茶花(C.japonica L.)花芽分化和花型成因,研究了十 余个不同山茶花品种花芽分化物候和形态进程,把山茶花花芽分化分成8个时期。油茶(c.o如 era Abe1.)于每年5~6月开始花芽分化,花芽分化能力极强,但到7~8月,花芽因营养不足而 大量脱落,尤其结实多的树,枝条花芽脱落更严重。 1o4]油茶整个花期从10月中旬至1月上旬达 80d之久,但全林盛花期仅30~40d。花芽发育周期长,历时5个多月,花期长达2~3个月,油 茶花芽分化贯穿春梢开始萌动、春梢生长停止、花芽分化至花期,体现了油茶“抱子怀胎”的特 性,同时也说明了油茶花芽分化发育研究的重要性。[1o4jo5 3李辛雷等[1 研究了四季开花茶花杜鹃 红山茶(C.azalea)花芽分化过程,杜鹃红山茶花芽分化于5~9月间持续不断进行;其过程可 分为生理分化期、花原基分化期、萼片原基分化期、花瓣原基分化期、雄蕊原基分化期、雌蕊原 基分化期。杜鹃红山茶花芽分化过程与其外部形态特征之间有着相对稳定的关系,可以通过花芽 形态特征来对其进行判别。_l 从上述茶花花芽分化研究结果来看,杜鹃红山茶在5~9月间营养生长与生殖生长同时进行, 枝条不断分化叶芽和花芽,因此,同一植株上出现不同分化时期的叶芽和花芽,可见杜鹃红山茶 的生长发育特性不同于山茶属其他植物。 叫所以,杜鹃红山茶的花芽分化属于随时分化、四季开 花,非一次分化、多次开花,也不存在花芽休眠的的问题。油茶和山茶花其他品种属于一次分 化,一次开花,但不同茶花的花芽分化时间和花期不尽相同。由此可知,杜鹃红山茶和其他山茶 花在花芽分化方面有明显的区别,很可能在生殖转变阶段有明显的差异,因此研究由营养生长过 渡到生殖生长阶段的相关基因(如SVP、FLC、AG)的时空表达情况很可能揭示杜鹃红山茶四季 开花的特殊性。其他秋花、冬花、春花、夏花品种的不同开花特性也很可能涉及生殖转变相关基 因及其他开花时问基因,如成花途径整合因子(F 、FD、SOC1、LFY)、花序/花分生组织基因 (SOC1、LFy、AP1)和花器官特征基因(AP1、AP3、PI、AG、舾P1等)。 相对于草本植物,木本植物开花机理的研究起步较晚,尚未见茶花开花分子机制的研究报 道。笔者2013年申请立项的云南省应用基础研究计划项目和申请的国家自然科学基金项目拟首先 对五种不同花期的山茶花(秋花秋牡丹、冬花松子麟、春花狮子笑、夏花夏日牡丹、四季开花的 杜鹃红山茶)的花芽分化规律和开花习性做深入研究(已有研究表明:杜鹃红山茶的花芽分化属 于随时分化、四季开花,非一次分化、多次开花。实验材料来自浙江富阳),然后针对性地选取 相关基因(生殖转变相关基因(SVP、FLC、AG)、成花途径整合因子(FT、SOC1)、花发育基因 (LFY)、花器官发育同源异型基因(AG)等六个基因进行同源基因的克隆(研究重点是SVP、 FLC、AG三个生殖转变相关基因)。通过设计简并引物,从上述五种不同花期的茶花中克隆到六 个同源基因(前人研究表明:上述基因在诸多草本植物和木本植物中都很高的保守性)。然后将 相关基因导人拟南芥过量表达(over—expression),观察拟南芥表型的变化,如植株形态和花期的 变化,以此了解相关基因的功能。进而研究不同条件处理下,相关基因在茶花的表达情况,初步 ・63. 楚雄师范学院学报2014年第6期 楚雄师范学院学报 2014年第6期 了解茶花开花机制,为培育早花和晚花的茶花品系提供依据,研究结果将具有重要的理论和应用 价值。 参考文献: 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(责任编辑徐成东) Advances in Molecular Mechanism of Floral Formation in Higher Plants FAN Shuguo (1.School of Chemistry and Life Science,Chuxiong Normal University,Chuxiong,675000,Yunnan Provicne;2.Institute for Bio—resources Development and Utilization in Central Yunnan Plateau,Chuxiong, 675000,Yunnan Province) Abstract:Floral development is a very important and complicated event in the life cycle of flowering plants that involves the cell division and differentiation as well as tissue and organ formations and is con— trolled by both environmental and endogenous physiological inputs.All these processes are regulated by an intricate gene network.The plant flowering mechanism involves four pathways:photoperiod pathway,ver— nalization pathway,gibberellins pathway,and autonomous pathway.But different day—length plants have different flowering mechanisms,and even the same day—length plants may have different lfowering mecha— nisms.Fewer investigations on woody plants flowering mechanism have been made compared with herbal plants,and no related reports are available on camellia flowering—time genes. Key words:flowering—time gene,photoperiod pathway,vernalization pathway,gibberellins path- way,autonomous pathway ・69・ 楚雄师范学院学报2014年第6期