摘 要:本文利用比較基因組學(xué)的方法從大白菜的基因組中解析出兩個(gè)成花素基因BrFT1和BrFT2，并對(duì)這兩個(gè)基因的結(jié)構(gòu)、順式調(diào)控元件以及遺傳進(jìn)化進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，BrFT1和BrFT2都含有4個(gè)外顯子，編碼區(qū)大小均為528 bp，二者預(yù)測(cè)編碼蛋白的序列一致性為90.29%， 說(shuō)明這兩個(gè)基因序列存在某種程度的分化。進(jìn)化分析表明這兩個(gè)基因應(yīng)為擬南芥FT和TSF基因的直系同源基因。另外，這兩個(gè)基因都含有響應(yīng)激素和逆境信號(hào)的順式調(diào)控元件，而且不盡相同，說(shuō)明這兩個(gè)基因的表達(dá)調(diào)控有所不同，可能在功能上存在一定分化。本研究為進(jìn)一步揭示大白菜FT基因在開花和逆境響應(yīng)中的功能奠定了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞:大白菜; FT基因; 生物信息學(xué)分析

中圖分類號(hào):Q754;S634.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào):A 文章編號(hào):1001-4942(2010)03-0001-05

開花是植物一個(gè)極其重要的性狀，它影響農(nóng)作物的生育期進(jìn)而影響產(chǎn)量和品質(zhì)。通過(guò)對(duì)模式植物擬南芥的研究，明確植物中存在多條控制開花的途徑，其中包括自主開花途徑、光周期途徑、春化途徑、GA合成和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑等促進(jìn)開花途徑，還有抑制開花的途徑;多種途徑相互作用，共同作用于下游的整合因子(如FT、SOC1和LEAFY)，控制植物的開花性狀[1～4]。自主開花途徑中的基因有FCA、FY、FVE、FPA、FLK、FLM和LD，它們表達(dá)的結(jié)果是抑制開花抑制基因FLC的表達(dá)，從而使植物在任何光照條件下只要給予足夠時(shí)間就能開花。光周期途徑比較復(fù)雜，包括光照時(shí)間、光照強(qiáng)度、生物鐘節(jié)律對(duì)開花的影響，最終表現(xiàn)為長(zhǎng)日促進(jìn)開花，短日抑制開花。在這條途徑中主要基因有CO、CRY2、GI、FWA、FT等，它們最終主要是通過(guò)增強(qiáng)CO和FT的表達(dá)從而促進(jìn)開花[4，5]。春化途徑主要是通過(guò)低溫的累積活化VRN1、VRN2、VIN3的表達(dá)，使開花抑制基因FLC附近的組蛋白去乙?；图谆?，從而抑制和關(guān)閉FLC的表達(dá)，促進(jìn)開花[3，6]。這個(gè)過(guò)程還涉及到異染色質(zhì)蛋白HP1、HP1同源基因LHP1及PAF1復(fù)合蛋白的表達(dá)。另外還存在不依賴FLC的春化反應(yīng)途徑，通過(guò)抑制FLM/MAF1和MAF4的表達(dá)而起作用。在激素途徑中GA對(duì)開花的促進(jìn)作用最明顯，研究得最多[7]，它主要是通過(guò)促進(jìn)SOC1和LEAFY的表達(dá)起作用。各種調(diào)控開花的信號(hào)最終通過(guò)作用于控制花發(fā)育的基因AP1/2、FUL、CAL和LFY的表達(dá)，決定植物的開花進(jìn)程。在此過(guò)程中CO和FT的表達(dá)產(chǎn)物可以作為誘導(dǎo)開花的信號(hào)物質(zhì)被從葉片運(yùn)輸?shù)角o生長(zhǎng)點(diǎn)誘導(dǎo)植物的開花[8～11]?？刂崎_花的成花素基因在番茄、水稻、小麥中也得到了研究[12～14]。 此外，miRNA和SUMO也參與了開花時(shí)間的調(diào)控[15～17]。

Li 等(2005)[18]克隆了大白菜的FLC基因，并對(duì)它的特征進(jìn)行了分析。Kim等(2006)[19]通過(guò)轉(zhuǎn)基因研究也驗(yàn)證了大白菜FLC同源基因在擬南芥和蕓薹中延遲開花的作用。夏廣清等(2007)[20]通過(guò)抑制LFY的表達(dá)得到了晚抽薹的大白菜轉(zhuǎn)基因植株。另外，中日學(xué)者分別用集群分離法和DH群體對(duì)大白菜和不結(jié)球白菜的耐抽薹性狀進(jìn)行了QTL定位，找到了與耐抽薹性緊密連鎖的分子標(biāo)記[21～23]。中國(guó)的學(xué)者在大白菜耐抽薹性指標(biāo)鑒定、生理研究及耐抽薹品種選育等方面做了許多有益的工作[24～26]。 但是對(duì)大白菜開花和耐抽薹分子生物學(xué)研究不多，有關(guān)大白菜控制開花的關(guān)鍵基因FT的研究還未見報(bào)道。

大白菜是我國(guó)重要的蔬菜作物，選育耐抽薹的大白菜品種具有重要的生產(chǎn)意義。本文利用比較基因組學(xué)的方法，從大白菜基因組中鑒定出兩個(gè)控制開花的FT基因序列，并對(duì)它們的基因結(jié)構(gòu)、啟動(dòng)子順式元件及其進(jìn)化進(jìn)行了分析，為下一步大白菜耐抽薹分子育種提供了有益的目的基因。

1 研究方法

利用擬南芥的LEAFY(AtLFY)基因序列在GenBank中搜索相應(yīng)的大白菜基因組序列(http://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi)，根據(jù)內(nèi)含子的邊界特征解析得到編碼區(qū)序列。根據(jù)基因組序列得到上游啟動(dòng)子區(qū)的序列，并對(duì)啟動(dòng)子序列中的順式反應(yīng)元件進(jìn)行預(yù)測(cè)分析(http://bioinformatics.psb.ugent.be/webtools/plantcare/html)。遺傳進(jìn)化分析利用MEGA4.1來(lái)進(jìn)行，采用Bootstrap test-Neighbor Joining 方法，重復(fù)500次運(yùn)算。

2 結(jié)果與分析

2.1 大白菜FT基因的鑒定和進(jìn)化分析

擬南芥的FT基因是控制開花時(shí)間的關(guān)鍵基因，它編碼的mRNA和蛋白可以從葉子運(yùn)輸?shù)角o的頂端生長(zhǎng)點(diǎn)，作為成花素促進(jìn)植物開花。它與其姊妹基因TSF在功能上存在冗余[27]。本文利用比較基因組學(xué)的方法從大白菜的基因組中鑒定出兩個(gè)擬南芥FT基因的相似序列，分別命名為BrFT1和BrFT2，并對(duì)這兩個(gè)基因的特征進(jìn)行了分析(見表1)。這兩個(gè)基因分別位于大白菜基因組克隆CU984555和AC189443中，都含有4個(gè)外顯子，而且這兩個(gè)基因4個(gè)對(duì)應(yīng)外顯子的大小基本一致。BrFT1和BrFT2的編碼區(qū)均為528 bp，但基因組序列大小有所不同， BrFT1為2 392 bp，BrFT2為2 491 bp。BrFT1與BrFT2編碼蛋白的序列一致性為90.29%， 它們與AtFT蛋白的序列一致性分別為81.71%和85.71%。亞細(xì)胞定位預(yù)測(cè)結(jié)果表明，BrFT1可能定位在細(xì)胞質(zhì)中，而BrFT2可能定位在葉綠體中。遺傳進(jìn)化分析表明，BrFT1、BrFT2、AtFT、AtFT的姊妹基因AtTSF和白芥的FT基因SaFT同屬一個(gè)類群， 其中BrFT1與SaFT關(guān)系最近，二者蛋白序列一致性為94.86%， 而BrFT2與SaFT的序列一致性為88.57%，BrFT1和BrFT2與AtTSF的序列一致性分別為82.29%和85.14%。因此，大白菜的FT基因BrFT1和BrFT2應(yīng)為擬南芥FT的直系同源基因。

2.2 大白菜FT基因的順式調(diào)控元件

為研究大白菜FT基因的功能和表達(dá)調(diào)控，作者對(duì)兩個(gè)大白菜FT基因的順式元件進(jìn)行了預(yù)測(cè)分析(見表2)。BrFT1含有脫落酸應(yīng)答元件ABRE、熱脅迫應(yīng)答元件HSE、水楊酸應(yīng)答元件TCA-element、生物鐘調(diào)控元件Circadian， 還有與防衛(wèi)和抗病反應(yīng)相關(guān)的元件Box-W1、TC-rich repeats及WRKY結(jié)合位點(diǎn)W box;BrFT2含有的順式元件較少，只有乙烯應(yīng)答元件ERE、水楊酸應(yīng)答元件TCA-element和防衛(wèi)反應(yīng)相關(guān)元件TC-rich repeats。另外，通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)在擬南

芥FT、TSF和水稻成花素Hd3a基因的上游序列中也存在多個(gè)激素和逆境響應(yīng)元件(見表3)。 這些結(jié)果說(shuō)明植物的FT基因可能不僅與開花有關(guān)，還與逆境響應(yīng)存在一定關(guān)系。另外，BrFT1和BrFT2順式調(diào)控元件的差異預(yù)示二者的表達(dá)調(diào)控有所不同，在功能上有所分化。

3 討論與結(jié)論

植物開花早晚影響其生育期的長(zhǎng)短，從而影響個(gè)體的生物量和種子產(chǎn)量及其品質(zhì)。FT基因是重要的成花素基因，其表達(dá)產(chǎn)物能夠從葉片運(yùn)輸?shù)角o的頂部生長(zhǎng)點(diǎn)誘導(dǎo)植物的開花。本文利用比較基因組學(xué)的方法，從大白菜基因組中鑒定出兩個(gè)控制開花的FT基因序列，對(duì)其基因結(jié)構(gòu)、啟動(dòng)子順式元件及進(jìn)化的分析結(jié)果表明，它們和擬南芥的FT基因編碼區(qū)大小一致。二者的序列一致性高達(dá)90.29%， 但二者的基因組序列大小有所不同，基因上游順式調(diào)控元件種類明顯不同，說(shuō)明這兩個(gè)基因序列存在一定的分化，有可能在功能上不盡相同。BrFT1和BrFT2編碼蛋白亞細(xì)胞定位預(yù)測(cè)的結(jié)果不同，也說(shuō)明它們?cè)诠δ苌洗嬖诜只Ａ硗?，比較分析大白菜FT基因與擬南芥FT、TSF基因及水稻成花素基因Hd3a的順式元件發(fā)現(xiàn)，能夠響應(yīng)激素信號(hào)和逆境信號(hào)的順式元件在這些基因的上游序列中普遍存在，說(shuō)明植物的FT基因與逆境應(yīng)答也存在某種關(guān)系，可能是環(huán)境通過(guò)影響FT基因的表達(dá)從而影響植物的開花。進(jìn)一步研究大白菜FT基因在開花中的功能以及與逆境應(yīng)答的關(guān)系對(duì)于大白菜的分子育種改良具有重要意義。

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