Rdr基因在控制植株开花时间中的应用
【技术领域】
[0001] 本发明设及植物基因工程和生物技术领域。具体设及RDR基因在控制植株开花时 间中的应用。
【背景技术】
[0002] 油菜是世界四大油料作物之一。世界油菜栽培面积已达到2000万公顷，我国油菜 栽培面积常年稳定在700万公顷，面积和总产均居油菜生产国首位，占世界的1/3(中华人民 共和国农业部.中国农业统计资料.北京：中国农业出版社，2007)。由于油菜在耕作制度和 国民经济中的重要战略地位，油菜生产受到越来越多国家的重视。油菜是我国南方主要的 冬季油料作物，主要与水稻、棉花等作物轮作复种。但因生育期较长，与双季稻区一年=熟 有季节矛盾，因双季稻收后缺乏迟播(10月中下旬播种)早收(4月中下旬收获)的油菜品种， 很多双季稻田为冬闲田。因此需选育熟期适当的油菜早熟品种。此外，早熟油菜成熟早，可 W避免生育后期的高溫逼熟或干热风等灾害的危害，或减轻受害程度，且能为后巷作物及 早腾地，保证后巷作物的高产稳产，从而提高粮油周年产量(王必庆，王国槐，早熟油菜生理 生化特性研究进展，作物研究，2011，，25(3): 269-273)。官春云等人的研究表明油菜早熟品 种具有W下优点：1)油菜早熟品种成熟早，是解决双季稻与油菜季节矛盾的根本途径;2)油 菜早熟品种耐迟播，冬前长势远强于迟熟品种；3)油菜早熟品种成熟早，可避开5月上中旬 高溫逼熟，种子千粒重和含油量均较高(官春云，陈社员，吴明亮，南方双季稻区冬油菜早熟 品种选育和机械栽培研究进展，中国工程科学，2010，12 (2): 5-10)。
[0003] 国内外早熟性育种，重点是进行花期选择。刘后利等研究表明秋播甘蓝型油菜一 般品种终花后一个月左右成熟，同一地区，一般早熟品种结实期较长，在30-40dW上，晚熟 品种结实期较短，在25-30d左右。W终花期判断成熟期的迟早是可靠的。初花期的迟早，也 可作为判断成熟期的参考。高永同等曾对早熟品系的花期与熟期进行相关性测定表明，初 花期与成熟期，终花期与成熟期的相关系数都达到极显著水平。1975年分别为0.711和 0.454,1978年分别为0.591和0.530(刘后利.油菜的遗传和育种，上海科学技术出版社， 1985.338-339.)。油菜始花期早则终花期也早，因而成熟也早，始花期与终花期及始花期与 成熟期的相关系数分别为0.695和0.562,均达到极显著水平。因此始花期和终花期均可W 作为生育期选择的依据（白淑萍.甘蓝型油菜早熟性状试管选择初探，甘肃农业大学学报， 1994,29(2): 193-194.)。由此可见油菜开花时间是决定其成熟期早晚的一个重要指标。开 花时间越早，成熟期越早。可W通过鉴定促进油菜早开花的功能基因或分子标记来实现油 菜早熟品种培育。
[0004] 在植物的生长发育过程中，包括营养生长和生殖生长两个阶段，而开花是植物由 营养生长向生殖生长阶段转变的最重要的过程。植物为了成功繁衍，除了需要积累足够营 养外，还要选择在适宜的外界环境条件下开花。高等植物的开花诱导过程主要受内部因素 和外界环境因素两方面决定，内部因素主要包括体内营养激素水平和遗传因子，而外部因 素主要有日照长度和溫度。植物适时开花，是在内外因素共同作用下，并通过开花基因在时 间和空间上顺序表达，进而调节植物顶端分生组织发育来完成的。随着分子生物学的不断 发展，研究者针对模式生物拟南芥进行深入探索，详细解析了植物开花时间调控的分子网 络。现有研究结果表明，拟南芥(ArabidopsiS thaliana)中有80多个基因位点能够影响开 花时间，其中大约有20个与晚花有关化oornneef M.Alonso-Blanco C,Blankest；Un-de Vries H,Hanhart CJ,Peeters AJ,Genetic interactions among late-flowering mutants of Arabidopsis .Genetics, 1998,148(2) :885-892)。已知的拟南芥开花时间调控 分子网络主要由光周期途径（Phot operiod pathway)、春化途径（Vernalization pathway)、自主途径（Autonomous pathway)和赤霉素途径（G;Lbberellin pathway)四条途 径构成（Mouradov A. ,Cremer F,Coupland G.,Control of flowerin邑 time:interactin邑 pathways as a basis for diversity . Plant Cel1,2002,14: SI11-S130;Simpson G.G. and Caroline Dean,Arabidopsis, the Rosetta stone of flowering time? Science ,2002，296(5566) :285-289)。2009年，研究者又提出了miRNA参与植物开花时间调 控的第五条信号通路，称为衰老通路（Aging pathway;Wang J.W.Czech B,Weigel D, miR156-re gulated SPL transcription factors define an endogenous flowering pathway in Arabidopsis thaliana.Cell,2009,138:738-749)〇
[0005] 光周期途径是研究得最为清楚完整的一条开花调控途径。光周期途径开始于植物 光受体对光信号的感受。已知植物有=种光受体，它们是光敏色素、蓝光受体和紫外光受 体。光敏色素(phy toe虹ome，phy)吸收红光和远红光，波长范围为600-750皿;蓝光受体包含 隐花色素（Cirptochrome,cry)和趋光素(phototropin,phot)，它们负责吸收蓝光和紫外光 A(UV-A),波长范围为320-500nm;还有一类是紫外光B(UV-B)受体，吸收UV-B，波长范围为 282~320nm。研究发现，拟南芥中，光敏色素基因有P肌A、PHYB、PHYC、PHYD、P肌E共5个，隐 花色素基因有CRYl和CRY2,趋光素基因有PHOTl和PH0T2，UV-B光受体基因为UVR8(Briggs WR.Olney MAPhotoreceptors in plant photomorphogenesis to date . Five phytochromes , two cryptochromes,one phototropin,and one superchrome . Plant Physiol.，2001，125:85-88)。在光周期途径中，光受体能够感受不同波长的光源和昼夜长 短的变化，并将光信号传递给生物钟，产生昼夜节律现象。下游基因GIGANTEA(GI)感受到昼 夜节律变化后，将信号传递给转录因子CONSTANS(CO)，进而诱导其祀位基因化OWE RING LOCUS T(FT)的表达，从而实现光周期对开花时间的调控（Simpson G.G. Simpson G.G.and Caroline Dean,Arabidopsis,the Rosetta stone of flowering time?Science,2002, 296(5566): 285-289)。植物通过W上=大光受体系统感受光信号变化，进而参与调节种子 萌发、幼苗形态建成、光合系统的建立和开花时间等多个生理过程（Smith H.， Phytochromes and light signal perception by plants-an emerging synthesis.Na1:ure, 2000,407:585-591)。
[0006] 低溫处理一段时间，可W促进植物开花，运一现象被称为春化作用。自然界中，绝 大多数越冬植物开花都需要春化，如冬小麦、冬油菜等。而许多作物也进化出不需要春化的 品种，如春小麦、春油菜等。Sung等基于拟南芥的研究提出了春化作用的上位性抑制模型 (Sung S.Amasino RM.,Vernalization in Arabidopsis thaliana is mediated by the ?皿 finger protein VIN3.Nature, 2004,427(6970) :159-164):在春化过程中，首先 V邸NALIZATION INDEPENDENT 3(VIN3)起始组蛋白甲基转移酶复合体(HDAC)去乙酷化功 能，降低化OWERING LOCUS C(化C)染色质的特异区域乙酷化水平；随后，结合有VERNALIZA TION 1 (VRNl)和VERNALIZATION 2(VRN2)组分的皿AC甲基化修饰化C组蛋白册K9和册K27两 个氨基酸残基位点，从而抑制FLC的高水平表达，促进植物开花;同时，可能存在招募异染色 质蛋白HP1，导致化C处于能稳定存在的抑制性异染色质状态。另外，植物也能够通过运一机 制产生对低溫处理"记忆效应"。
[0007]当植物的光周期等途径受阻后，自主途径发挥作用，感受植物体内部的发育状态 变化，结合环境信号，促进开花。拟南芥中相继克隆到。〔4、。￥、化0少?4少￥6、〇)和。〇(等屯个 基因（Aukerman M. J丄ee I ,Weigel D,Amasino RM,The Arabidopsis flowering-time gene LUMINIDEPENDENS is expressed primarily in regions of cell proliferation and encodes a nuclear protein that regulates LEAFY expression.Plant J.,1999, 18(2):195-203;Chen R.Zhang Suzhi, Sun Shulan,Chang Jianhong,Zuo Jianru, Characterization of a new mutant allele of the Arabic! opsis flowering locus D (FLD)gene that controls the flowering time by repressing FLC.Chinese Science Bulletin，2005,50(23):2701-2706;Lim M.H.Kim J，Kim YS'Chung KS'Seo YH'Lee I，Kim J,Hong CB,Kim HJ,Park CM.,A New Arabidopsis gene,FLK,encodes an RNA binding protein with K homology motifs and regulates flowering time via FLOWERING LOCUS C.Plant Cell,2004,16(3):731-740;Macknight R.Bancroft I,F*age T,Lister C, Schmidt R,Love K,Westphal L,Murphy G,Sherson S,Cobbett C,Dean C.,FCA,a gene controlling flowering time in Arabic! opsis,encodes a protein containing RNA-binding domains .Cell,1997,89(5):737-745；Quesada V.Macknight R,Dean C,Simpson GG.,Autoregu