李玉舒，楊煒茹，楊宇杰，程堂仁，王 佳，張啟翔

(1.北京林業(yè)大學(xué) 花卉種質(zhì)創(chuàng)新與分子育種北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，國(guó)家花卉工程技術(shù)研究中心，城鄉(xiāng)生態(tài)環(huán)境北京實(shí)驗(yàn)室，園林學(xué)院，北京 100083；2.北京農(nóng)業(yè)職業(yè)學(xué)院，北京 102442)

成花轉(zhuǎn)變作為植物開(kāi)花的第一步，是植物從營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)向生殖生長(zhǎng)轉(zhuǎn)變的重要轉(zhuǎn)折點(diǎn)。前人研究表明，MADS-box基因家族在控制開(kāi)花時(shí)間方面起著非常重要的作用[1-4]。SOC1(SUPPRESSOR OF OVEREXPRESSION OF CONSTANS 1)基因?qū)儆贛ADS-box基因家族中的SOC1/Tomato MADS-box gene 3(TM3)亞家族，它是作用于開(kāi)花時(shí)間調(diào)控路徑的關(guān)鍵整合子，能夠整合來(lái)自光周期途徑、春化途徑、自主途徑和赤霉素途徑的多種開(kāi)花信號(hào)[5-6]，促進(jìn)植物的營(yíng)養(yǎng)分生組織向花分生組織轉(zhuǎn)變，進(jìn)而促進(jìn)開(kāi)花。目前已從矮牽牛[7](Petuniahybrida)、非洲菊[8](Gerberahybrida)、石斛蘭屬[9](Dendrobium)、洋桔梗[10](Eustomagrandiflorumin)、甘菊[11](Chrysanthemumlavandulifolium)、美洲山楊[12](Populustremuloides)、葡萄[13](Vitisvinifera)、紫斑牡丹[14](Paeoniarockii)、芒果[15](Mangiferaindica)、水曲柳[16](Fraxinusmandschurica)、蒺藜苜蓿[17](Medicagotruncatula)、水仙[18](Narcissustazetta)、紅掌[19](Anthuriumandraeanum)和火龍果[20](Hylocereuspolyrhizus)等多個(gè)物種中分離到SOC1的同源基因。近年來(lái)的研究發(fā)現(xiàn)SOC1基因除了具有促進(jìn)開(kāi)花的功能，在很多物種中還表現(xiàn)出影響花發(fā)育的功能[7-9,21-22]；因此，為探明SOC1在不同植物中的功能，還需開(kāi)展進(jìn)一步的研究。

梅花(PrunusmumeSieb. et Zucc.)是中國(guó)傳統(tǒng)名花，在中國(guó)有3 000多年的栽培歷史[23]。了解梅花的開(kāi)花轉(zhuǎn)變過(guò)程對(duì)調(diào)控梅花花期、加速品種改良進(jìn)程具有十分重要的意義。然而，有關(guān)梅花SOC1基因的功能分析未見(jiàn)報(bào)道，筆者前期從梅花中克隆獲得了3個(gè)SOC1同源基因PmSOC1-1(GenBank ID：JF806632.1)、PmSOC1-2(GenBank ID：KP938964)和PmSOC1-3(GenBank ID：KP938965)的cDNA全長(zhǎng)，并對(duì)其進(jìn)行了時(shí)空表達(dá)模式分析[24]。本研究通過(guò)構(gòu)建表達(dá)載體將克隆得到的3個(gè)SOC1同源基因在擬南芥中異源表達(dá)，分析這些基因在擬南芥成花過(guò)程中的功能，希望能為探明梅花成花轉(zhuǎn)變的分子機(jī)理及利用基因工程加速梅花育種進(jìn)程提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料與試劑

試驗(yàn)用擬南芥為生態(tài)型Col-0。擬南芥種子播于培養(yǎng)基質(zhì)中(營(yíng)養(yǎng)土∶蛭石=1∶1)，放入光照培養(yǎng)箱中進(jìn)行培養(yǎng)，溫度為(22±1)℃，相對(duì)濕度60%～80%，每天16 h光照/8 h黑暗，光強(qiáng)約120 μmol/(m2·s)。

植物表達(dá)載體pCAMBIA 1304和土壤農(nóng)桿菌(Agrobacteriumtumefaciens) EHA105由花卉種質(zhì)創(chuàng)新與分子育種北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室保存；限制性內(nèi)切酶BglⅡ和BstE Ⅱ購(gòu)自NEB公司；PrimeSTAR HS DNA Polymerase(R010A)、Solution Ⅰ連接液購(gòu)自大連寶生物有限公司。

1.2 表達(dá)載體構(gòu)建及轉(zhuǎn)化擬南芥

根據(jù)前期克隆得到的梅花SOC1同源基因PmSOC1-1、PmSOC1-2和PmSOC1-3的cDNA全長(zhǎng)序列和pCAMBIA 1304載體上的酶切位點(diǎn)分別設(shè)計(jì)特異性引物(表1)，在限制性內(nèi)切酶BglⅡ和BstE Ⅱ的處理下，將目的條帶連入pCAMBIA1304植物表達(dá)載體上。采取花序浸染法[25]將含有目的基因的表達(dá)載體轉(zhuǎn)化到野生型擬南芥中，利用潮霉素篩選轉(zhuǎn)基因植株。以轉(zhuǎn)基因擬南芥的DNA為模板，分別利用PmSOC1-1、PmSOC1-2和PmSOC1-3的檢測(cè)引物(表1)對(duì)轉(zhuǎn)基因擬南芥進(jìn)行PCR檢測(cè)，分別以含PmSOC1-1、PmSOC1-2和PmSOC1-3基因的質(zhì)粒和野生型擬南芥作為陽(yáng)性和陰性對(duì)照。收獲陽(yáng)性轉(zhuǎn)基因株系的T3種子用于后期表型分析。

1.3 轉(zhuǎn)基因擬南芥表型分析

將T3擬南芥轉(zhuǎn)基因株系種子播于含潮霉素(50 mg/L)培養(yǎng)基進(jìn)行篩選，培養(yǎng)14 d后分別移栽至長(zhǎng)日照(16 h光照/8 h黑暗)和短日照(8 h光照/16 h黑暗)條件下養(yǎng)護(hù)，環(huán)境溫度為(22±1)℃，光強(qiáng)約120 μmol/(m2·s)。采用RT-PCR和qRT-PCR對(duì)梅花PmSOC1-1、PmSOC1-2和PmSOC1-3基因在轉(zhuǎn)基因擬南芥中是否表達(dá)及表達(dá)量高低進(jìn)行分析。對(duì)T3轉(zhuǎn)基因植株和野生型對(duì)照開(kāi)花時(shí)的蓮座葉數(shù)量、開(kāi)花需要天數(shù)和表型變化進(jìn)行記錄。開(kāi)花定義標(biāo)準(zhǔn)：花序下方第一朵花或花序頂端合生的Terminal flower(TF)開(kāi)放的時(shí)間。采用SPSS 16.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析，每個(gè)株系以及野生型對(duì)照均統(tǒng)計(jì)20株以上。

1.4 轉(zhuǎn)基因擬南芥中基因表達(dá)分析

為了分析轉(zhuǎn)基因擬南芥中AtAGL24、AtLFY、AtAP1、AtFUL等基因的表達(dá)水平，以擬南芥AtTUB2為內(nèi)參基因，剪取播種后6，12，16 d轉(zhuǎn)基因擬南芥的全株進(jìn)行實(shí)時(shí)熒光定量(qRT-PCR)分析，所用引物序列見(jiàn)表1。

表1 引物序列Tab.1 Primers sequence used in this study

2 結(jié)果與分析

2.1 轉(zhuǎn)基因擬南芥中的外源基因表達(dá)檢測(cè)

采用農(nóng)桿菌介導(dǎo)的花器官浸染法將PmSOC1-1、PmSOC1-2和PmSOC1-3基因分別轉(zhuǎn)入擬南芥。經(jīng)過(guò)潮霉素篩選，共獲得轉(zhuǎn)PmSOC1-like基因的T1擬南芥108株，其中轉(zhuǎn)PmSOC1-1基因的擬南芥35株，轉(zhuǎn)PmSOC1-2基因的擬南芥47株，轉(zhuǎn)PmSOC1-3基因的擬南芥26株。對(duì)這些轉(zhuǎn)基因擬南芥進(jìn)行了PCR檢測(cè)，結(jié)果顯示，轉(zhuǎn)基因植株中均能擴(kuò)增出與陽(yáng)性對(duì)照同樣大小的目的片段，而野生型擬南芥中未擴(kuò)增出該片段(圖1)，說(shuō)明PmSOC1-1、PmSOC1-2和PmSOC1-3基因已經(jīng)分別導(dǎo)入擬南芥植株中。

M.DNA Marker DL2000;+.以質(zhì)粒為陽(yáng)性對(duì)照;-.以野生型對(duì)照DNA為陰性對(duì)照;1-6.轉(zhuǎn)PmSOC1-1基因擬南芥植株；7-12.轉(zhuǎn)PmSOC1-2基因擬南芥植株；13-18.轉(zhuǎn)PmSOC1-3基因擬南芥植株。M.DNA Marker DL2000；+.Positive control；-.Negative control；1-6.Transgenic Arabidopsis plants overexpressing PmSOC1-1;7-12.Transgenic Arabidopsis plants overexpressing PmSOC1-2;13-18.Transgenic Arabidopsis plants overexpressing PmSOC1-3.

采用RT-PCR和qRT-PCR對(duì)PmSOC1-1、PmSOC1-2和PmSOC1-3基因在轉(zhuǎn)基因擬南芥中是否表達(dá)及表達(dá)量高低進(jìn)行了分析。由圖2可以看出，每個(gè)轉(zhuǎn)入擬南芥的基因在6個(gè)株系中都有表達(dá)；但是熒光定量的結(jié)果顯示，不同轉(zhuǎn)基因株系的外源基因表達(dá)量存在差異。在轉(zhuǎn)PmSOC1-1基因和PmSOC1-2基因的株系中，根據(jù)轉(zhuǎn)入基因的表達(dá)量明顯可以分為2組，表達(dá)量達(dá)到顯著差異(P<0.05)。轉(zhuǎn)PmSOC1-3的6個(gè)株系中，除#12株系外，其他株系的表達(dá)量無(wú)顯著差異。

qRT-PCR檢測(cè)(上)；RT-PCR檢測(cè)(下)；不同小寫字母表示差異達(dá)顯著水平(P<0.05)；WT.野生型擬南芥。qRT-PCR detection(above)； RT-PCR detection(below)； Different lowercase letters indicate a significant difference at P<0.05； WT.Wild-type Arabidopsis.

2.2 過(guò)表達(dá)PmSOC1-like基因促使擬南芥提前開(kāi)花

通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)基因擬南芥T3和野生型的表型觀察，除35S::PmSOC1-3的轉(zhuǎn)基因株系表型較為一致外，35S::PmSOC1-1和35S::PmSOC1-2的轉(zhuǎn)基因株系表型在花期提前的程度和表型變異的強(qiáng)弱方面表現(xiàn)出了強(qiáng)表現(xiàn)型和弱表現(xiàn)型2種表型。其中，35S::PmSOC1-1中的#1、#6、#9為強(qiáng)表現(xiàn)型，#13、#18、#24為弱表現(xiàn)型；35S::PmSOC1-2中的#5、#8、#10為強(qiáng)表現(xiàn)型，#14、#19、#28為弱表現(xiàn)型。這與之前利用qRT-PCR檢測(cè)轉(zhuǎn)入基因的表達(dá)量的結(jié)果相一致。即PmSOC1-1和PmSOC1-2的強(qiáng)表現(xiàn)型轉(zhuǎn)基因株系其轉(zhuǎn)入基因的表達(dá)量也高(圖2)，這說(shuō)明轉(zhuǎn)入基因的表達(dá)豐度與轉(zhuǎn)基因植株的表型變異存在正相關(guān)關(guān)系。

表2 轉(zhuǎn)PmSOC1-like基因擬南芥開(kāi)花表型Tab.2 Flowering phenotypes of PmSOC1-like transgenic Arabidopsis

注： 表中數(shù)據(jù)為開(kāi)花所需天數(shù)和蓮座葉數(shù)量的平均值±標(biāo)準(zhǔn)差；同一列的不同小寫字母為P<0.05的顯著性差異；Col-0.野生型擬南芥哥倫比亞Columbia-0；△.強(qiáng)表現(xiàn)型；☆.弱表現(xiàn)型。

Note:Values indicate the mean ± standard deviation of days need to flower and number of rosette leaves when flowering; Different lowercase letters in the same colume indicate a significant difference atP<0.05；Col-0.Wild-typeA.thalianaecotype Columbia-0; △.Strong phenotype; ☆.Weak phenotype.

在長(zhǎng)日照條件下，與野生型擬南芥植株需長(zhǎng)出13片蓮座葉才能抽薹相比，35S::PmSOC1-1轉(zhuǎn)基因株系強(qiáng)表現(xiàn)型的植株開(kāi)花提前明顯，在5片蓮座葉即可開(kāi)花(圖3-A1)，而弱表現(xiàn)型的植株在長(zhǎng)出8片蓮座葉也開(kāi)始抽薹開(kāi)花。35S::PmSOC1-2轉(zhuǎn)基因株系的強(qiáng)表現(xiàn)型植株在所有轉(zhuǎn)基因株系中開(kāi)花提前最為明顯，從表2可以看出，無(wú)論是在長(zhǎng)日照條件還是短日照條件下，均能使植株開(kāi)花時(shí)間大幅提前，個(gè)別轉(zhuǎn)基因株系在長(zhǎng)日照條件下長(zhǎng)出3片蓮座葉時(shí)即已開(kāi)花(圖3-A2)。弱表現(xiàn)型植株在平均長(zhǎng)出6片蓮座葉時(shí)也能夠開(kāi)花。35S::PmSOC1-3轉(zhuǎn)基因株系在長(zhǎng)日照條件下需要32.4～34.5 d開(kāi)花，與野生型需要大約37.3 d開(kāi)花相比略有提前(表2)。以上結(jié)果說(shuō)明3個(gè)PmSOC1-like基因都可以促使擬南芥提前開(kāi)花，但作用強(qiáng)度存在差異。

A1～I(xiàn)1.轉(zhuǎn)PmSOC1-1擬南芥表型；A2～I(xiàn)2.轉(zhuǎn)PmSOC1-2擬南芥表型；A3～G3.轉(zhuǎn)PmSOC1-3擬南芥表型；A0～G0.野生型擬南芥表型；A1，A2，A3.長(zhǎng)日照條件下與野生型擬南芥(A0)相比，播種30 d時(shí)的35S::PmSOC1-1，35S::PmSOC1-2和35S::PmSOC1-3的早花表型；B1和B2.35S::PmSOC1-1和35S::PmSOC1-2花瓣細(xì)絲狀；B3～C3，B0～C0.35S::PmSOC1-3和野生型擬南芥的正?；ò辏籆1和C2.35S::PmSOC1-1和35S::PmSOC1-2雌蕊伸出花被外；D3和D0.35S::PmSOC1-3和野生型擬南芥的正常雌蕊；D1～E1，D2～E2.35S::PmSOC1-1和35S::PmSOC1-2花萼葉片狀；G3和G0.35S::PmSOC1-3和野生型擬南芥的正常花萼；F1和F2.35S::PmSOC1-1和35S::PmSOC1-2的花萼、花瓣在果莢伸長(zhǎng)期宿存不脫落；E3和E0.35S::PmSOC1-3和野生型擬南芥正常果莢，花萼和花瓣均已脫落；G2.35S::PmSOC1-2植株一級(jí)側(cè)枝向水平方向生長(zhǎng)；H1～I(xiàn)1.35S::PmSOC1-1花瓣變?yōu)榫G色；H2～I(xiàn)2.35S::PmSOC1-2頂生花的不同形態(tài)。

A1-I1.Phenotypes of 35S::PmSOC1-1transgenicA.thalianaplant； A2-I2.Phenotypes of 35S::PmSOC1-2transgenicA.thalianaplant; A3-G3.Phenotypes of 35S::PmSOC1-3transgenicA.thalianaplants; A0-G0.Wild-typeA.thalianaplants; A1, A2, A3.35S::PmSOC1-1, 35S::PmSOC1-2, and 35S::PmSOC1-3transgenicA.thalianaplants, early flowering in comparison with A0at 30 d after sowing under long-day conditions; B1and B2.Flower of 35S::PmSOC1-1and 35S::PmSOC1-2transgenicA.thaliana, respectively, with petals into filament-like structures; B3-C3, B0-C0.Flower from 35S::PmSOC1-3 transgenic and wild-typeA.thaliana, respectively, with the normal petal; C1and C2.Flower of 35S::PmSOC1-1and 35S::PmSOC1-2 transgenicA.thaliana, respectively, with large carpel out of perianth; D3and D0.Flower from 35S::PmSOC1-3transgenic and wild-typeA.thaliana, respectively, with the normal carpel; D1-E1, D2-E2.Flower of 35S::PmSOC1-1and 35S::PmSOC1-2transgenicA.thaliana, respectively, with sepals into leaf-like plant; G3and G0.Flower from 35S::PmSOC1-3transgenic and wild-typeA.thaliana, respectively, with the normal sepals; F1and F2.Flower of 35S::PmSOC1-1and 35S::PmSOC1-2transgenicA.thaliana, respectively, with petals and sepals abscission inhibited at silique elongation stage; E3and E0.Flower from 35S::PmSOC1-3transgenic and wild-typeA.thaliana, respectively, with all organs falling from green silique at the same development stage with F1and F2; G2.35S::PmSOC1-2transgenicA.thalianaplants, horizontal growth of branches in comparison with G1, F3, and F0; H1-I1.Flower of 35S::PmSOC1-1transgenicA.thalianawith greenish sepaloid petal; H2-I2.Flower of 35S::PmSOC1-2transgenicA.thalianawith different morphologies of terminal flowers.

圖3 轉(zhuǎn)PmSOC1-like基因擬南芥表型
Fig.3 Phenotypes of transgenicArabidopsisoverexpressingPmSOC1-like genes

2.3 過(guò)表達(dá)PmSOC1-1和PmSOC1-2基因影響擬南芥花器官發(fā)育

在獲得的35S::PmSOC1-3擬南芥轉(zhuǎn)基因株系中，與野生型擬南芥相比(圖3-A0-G0)，除花期略有提前外，未發(fā)現(xiàn)其他明顯差異(圖3-A3-G3)。qRT-PCR分析表明，PmSOC1-3轉(zhuǎn)基因株系中有強(qiáng)弱不同的表達(dá)(圖2)，暗示35S::PmSOC1-3在轉(zhuǎn)基因株系中有穩(wěn)定表達(dá)。35S::PmSOC1-1和35S::PmSOC1-2的轉(zhuǎn)基因株系在誘導(dǎo)擬南芥提前開(kāi)花中表現(xiàn)出的強(qiáng)弱2種表型，在花型、花色和株型等方面與野生型擬南芥相比也相應(yīng)地表現(xiàn)出強(qiáng)弱2種不同表型。與野生型相比，35S::PmSOC1-1和35S::PmSOC1-2轉(zhuǎn)基因株系的弱表現(xiàn)型除35S::PmSOC1-2的花瓣細(xì)化更明顯外，其他變異基本一致，都發(fā)生了花瓣細(xì)絲狀，花瓣檐部直立，不能平展成十字形(圖3-B1，B2)；雌蕊心皮長(zhǎng)度變長(zhǎng)，伸出花被外(圖3-C1，C2)；花萼葉片狀(圖3-D1，E1，D2，E2)，花瓣和花萼在果莢伸長(zhǎng)期宿存(圖3-F1，F(xiàn)2)等變異。它們的強(qiáng)表現(xiàn)型則表現(xiàn)出不同的變異。35S::PmSOC1-1轉(zhuǎn)基因株系的強(qiáng)表現(xiàn)型植株在發(fā)生了弱表現(xiàn)型的變異基礎(chǔ)上，與野生型相比，還發(fā)生了花瓣變?yōu)榫G色的變異(圖3-H1，I1)。35S::PmSOC1-2轉(zhuǎn)基因株系的強(qiáng)表現(xiàn)型植株除了發(fā)生弱表現(xiàn)型的變異外，還在植株形態(tài)建成方面發(fā)生了明顯變化，即所有主莖上的分枝(莖生分枝)都向水平方向生長(zhǎng)(圖3-G2)，從而使擬南芥的株型徹底發(fā)生了改變。此外，35S::PmSOC1-2強(qiáng)表現(xiàn)型植株的部分花序頂端發(fā)生了由2～4朵花合生形成頂生花(Terminal flower，簡(jiǎn)稱TF)的現(xiàn)象，花序頂端TF的花器官數(shù)目不定，且通常最先開(kāi)放(圖3-H2，I2)。以上表型說(shuō)明，PmSOC1-1和PmSOC1-2可能具有調(diào)節(jié)花器官發(fā)育的功能。除此之外，PmSOC1-2還具有將花序頂端分生組織轉(zhuǎn)變?yōu)榛ǚ稚M織的功能。

2.4 轉(zhuǎn)PmSOC1-like基因?qū)M南芥植株中相關(guān)開(kāi)花基因的調(diào)控

通過(guò)對(duì)擬南芥的研究表明，SOC1基因整合了多條開(kāi)花途徑的開(kāi)花信號(hào)，并通過(guò)上調(diào)其下游花分生組織特性基因來(lái)促進(jìn)植物開(kāi)花[26-27]。由于將3個(gè)PmSOC1-like基因?qū)霐M南芥都表現(xiàn)出了早花表型，為了驗(yàn)證這種早花表型是否是由導(dǎo)入的PmSOC1-like基因上調(diào)了擬南芥中的下游花分生組織特性基因引起的。利用qRT-PCR技術(shù)檢測(cè)了LFY、AP1、AGL24和FUL基因在強(qiáng)表現(xiàn)型轉(zhuǎn)基因擬南芥種子萌發(fā)后的第6，12，16天的表達(dá)情況。結(jié)果表明，LFY基因在35S::PmSOC1-2轉(zhuǎn)基因株系中的表達(dá)量顯著高于野生型擬南芥和其他2個(gè)PmSOC1-like轉(zhuǎn)基因株系(35S::PmSOC1-1和35S::Pm-SOC1-3)(P<0.05)，并一直維持較高水平(圖4)。與此同時(shí)，AP1基因的表達(dá)量也表現(xiàn)出了與LFY基因較為一致的變化趨勢(shì)(圖4)。而與SOC1基因功能相似的AGL24基因和另一個(gè)促進(jìn)花起始發(fā)育的FUL基因[28-30]的表達(dá)水平則表現(xiàn)出了隨著植株生長(zhǎng)發(fā)育逐步上升的相似規(guī)律(圖4)，特別是在種子萌發(fā)后的第16天，AGL24和FUL基因的表達(dá)量明顯上升，且在不同轉(zhuǎn)基因株系中的表達(dá)量存在顯著差異(P<0.05)(圖4-C，D)。

以擬南芥TUB2為內(nèi)參基因；誤差線代表標(biāo)準(zhǔn)誤；柱形圖上方的不同小寫字母表示差異達(dá)顯著水平(P<0.05)。Relative expression levels were normalized to A. thaliana TUB2 expression； Error bars indicate the standard errors； Different lowercase letters above the column diagram indicate a significant difference at P<0.05.

3 結(jié)論與討論

在擬南芥成花轉(zhuǎn)變過(guò)程中SOC1是最早在分生組織中出現(xiàn)表達(dá)量上調(diào)的基因，而這種表達(dá)有效地促進(jìn)了早花。目前在其他物種中鑒定到的SOC1同源基因在擬南芥中的過(guò)表達(dá)也都一致地表現(xiàn)出了早花表型。如菊花(Chrysanthemum)中的ClSOC1-1和ClSOC1-2[11]、葡萄(Grapevine)中的VvMADS8[13]、桉樹(shù)(Eustomagrandiflorumin)中的EgSOC1[10]、柑橘(Citrus)中的CsSL1[31]在擬南芥中的過(guò)表達(dá)都能夠使擬南芥提前開(kāi)花。大豆(Glycinemax)中GmGAL1和蘭花(Orchid)中的DOSOC1的過(guò)表達(dá)不但能夠使野生型擬南芥的開(kāi)花時(shí)間提前，而且還能夠互補(bǔ)soc1突變體的部分晚花表型[9,32]。在本研究中，轉(zhuǎn)PmSOC1-like基因擬南芥無(wú)論在長(zhǎng)日照還是短日照條件下，都表現(xiàn)出早花，暗示著SOC1/TM3家族基因在促進(jìn)開(kāi)花方面具有保守性。證明了SOC1基因在各個(gè)物種中功能的保守性。

SOC1基因除了具有促進(jìn)開(kāi)花的功能，在很多物種中還表現(xiàn)出影響花發(fā)育的功能。擬南芥中AtSOC1的過(guò)表達(dá)會(huì)產(chǎn)生綠色的花萼狀花瓣和長(zhǎng)度伸長(zhǎng)的雌蕊[21]。非洲菊中GhSOC1的過(guò)表達(dá)沒(méi)有促進(jìn)植物開(kāi)花，但是卻導(dǎo)致了花瓣顏色和形狀的改變[8]。矮牽牛PhUNS基因在擬南芥中的過(guò)表達(dá)導(dǎo)致花器官中出現(xiàn)了本應(yīng)在葉片和莖中生長(zhǎng)的表皮毛，并致使花瓣轉(zhuǎn)變?yōu)轭愃迫~片的結(jié)構(gòu)[7]。在石斛蘭中，SOC1的同源基因DOSOC1的過(guò)表達(dá)影響了花器官的正常發(fā)育，造成了頂端花芽只能發(fā)育出不健全的初始花被[9]。同樣的，本研究中PmSOC1-1和PmSOC1-2在擬南芥中的過(guò)表達(dá)導(dǎo)致擬南芥花器官出現(xiàn)了花瓣細(xì)絲狀，花萼葉片狀等表型。其中PmSOC1-1的過(guò)表達(dá)還產(chǎn)生了綠色的花瓣和長(zhǎng)度伸長(zhǎng)的雌蕊，這與AtSOC1過(guò)表達(dá)產(chǎn)生的表型一致。而PmSOC1-2的過(guò)表達(dá)則表現(xiàn)出花序頂端出現(xiàn)2～3朵花合生的表型。以上結(jié)果表明，PmSOC1-like基因與擬南芥中SOC1基因一樣，不但能夠促進(jìn)開(kāi)花，還具有影響花器官發(fā)育的功能。

前人研究表明，SOC1基因主要是通過(guò)上調(diào)其下游花分生組織特性基因來(lái)促進(jìn)植物開(kāi)花。如在成花轉(zhuǎn)變過(guò)程中，SOC1與AGL24之間能夠形成異質(zhì)二聚體激活LFY基因的表達(dá)，從而促進(jìn)開(kāi)花[27]。類似的作用機(jī)理也出現(xiàn)在FUL和SOC1之間，有研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)UL和SOC1能夠在細(xì)胞核中形成二聚體，并且二者通過(guò)綁定到LFY啟動(dòng)子的相同區(qū)域發(fā)揮作用。因此SOC1，AGL24和FUL之間可以形成冗余二聚體，或更高階的分子復(fù)合物，以確保通過(guò)啟動(dòng)LFY基因來(lái)激活其他花分生組織基因[33]。菊花中的ClSOC1和石斛蘭中的DOSOC1在擬南芥中的過(guò)表達(dá)能夠上調(diào)AGL24和LFY等開(kāi)花促進(jìn)因子的表達(dá)[9,11]。本研究中，利用qRT-PCR技術(shù)檢測(cè)轉(zhuǎn)基因擬南芥中SOC1下游基因LFY、AP1、AGL24和FUL的結(jié)果顯示，與野生型相比，PmSOC1-like的引入使LFY、AP1、AGL24和FUL的表達(dá)量在不同階段都有不同程度提高。其中AGL24和FUL的表達(dá)趨勢(shì)相似，均呈現(xiàn)逐步上升趨勢(shì)(從種子萌發(fā)后的第6天到第12天)，暗示SOC1與AGL24和FUL之間可能形成了二聚體來(lái)激活LFY基因表達(dá)從而促進(jìn)開(kāi)花。這從轉(zhuǎn)基因擬南芥中LFY的表達(dá)水平中可以得到驗(yàn)證；另外，在擬南芥中，F(xiàn)UL基因具有調(diào)節(jié)果實(shí)的發(fā)育和伸長(zhǎng)的功能，本研究中轉(zhuǎn)PmSOC1-1和PmSOC1-2擬南芥中雌蕊均有所伸長(zhǎng)，可能與激活FUL表達(dá)有關(guān)。提前開(kāi)花最顯著、表型出現(xiàn)TF的轉(zhuǎn)PmSOC1-2株系，其LFY和AP1的表達(dá)量最高，說(shuō)明PmSOC1-2基因可能通過(guò)與AGL24和FUL作用有效地激活了LFY基因的表達(dá)，從而促進(jìn)花序分生組織轉(zhuǎn)變?yōu)榛ǚ稚M織。然而需要更多的證據(jù)來(lái)驗(yàn)證這一假設(shè)。

本研究結(jié)果為利用SOC1基因改變梅花花期提供了理論依據(jù)，為采用轉(zhuǎn)基因技術(shù)實(shí)現(xiàn)梅花成花階段轉(zhuǎn)變的人為控制奠定了基礎(chǔ)。但是，花期轉(zhuǎn)變是由很多因素共同調(diào)控的，單個(gè)基因的研究不能脫離整體，如何構(gòu)建以梅花SOC1基因?yàn)橹行牡亩喾较虻某苫ㄕ{(diào)控體系，研究梅花SOC1基因與其他開(kāi)花相關(guān)基因的作用關(guān)系，闡明梅花成花機(jī)理將是今后的重點(diǎn)研究方向。