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《分子植物育种》网络版, 2011 年, 第 9 卷, 第 93 篇 doi: 10.5376/mpb.cn.2011.09.0093
收稿日期: 2011年06月17日 接受日期: 2011年07月05日 发表日期: 2011年07月14日
引用格式(中文):
付建新等, 2011, FT/TFL1基因家族调控高等植物生长发育的分子机理, 分子植物育种(online) Vol.9 No.93 pp.1662-1672 (doi: 10.5376/mpb. cn.2011.09.0093)
引用格式(英文):
Fu et al., 2011, Molecular Mechanism of FT/TFL1 Gene Family Regulating the Development of Higher Plant, Fenzi Zhiwu Yuzhong (online) (Molecular Plant Breeding) Vol.9 No.93 pp.1662-1672 (doi: 10.5376/mpb.cn.2011.09.0093)
FT/TFL1基因家族成员在光周期诱导植物开花转变过程中发挥着重要作用,其主要成员FT基因和TFL1基因分别发挥促进成花和抑制成花的功能。现有研究结果一致表明FT蛋白发挥成花素的作用。目前已在50余物种中分离出FT/TFL1基因家族成员,不同物种FT/TFL1基因家族成员拷贝数不同。该基因家族成员分为3个亚家族:FT亚家族、MFT亚家族和TFL1亚家族。大多数FT/TFL1基因家族成员均包含四个外显子和三个内含子,编码175个氨基酸左右的小分子蛋白质。FT/TFL1基因家族成员不仅控制花发育,而且控制种子形成、根发育、芽休眠等其它生物发育过程。本文综述了FT/TFL1基因家族近十年的研究进展,以期为更加深入了解和研究该基因家族提供理论依据。
高等植物由营养生长向生殖生长转换的过程称为成花转变(flowering transition),这一过程是由内部遗传因子与外界环境条件相互协调控制的(雍伟东等, 2000)。这一过程决定了植物的开花时间(flowering time)。开花时间是植物的一个重要性状,它不仅决定了植物在某一生态区域的适应性,同时也与人类生活息息相关。色彩斑斓的花朵是观赏植物重要的观赏性状之一,他不仅可以美化人们的生活环境;而且种类繁多的种子与果实提供了人类生存必需的食物(赵大中等, 1999)。观赏植物在不同时间开花在某种程度上可以决定其价格,因此人们通过研究不同观赏植物成花诱导的分子机理可以实现对观赏植物的花期进行调控,从而宏观调控某一观赏植物的上市时间和价格(王翊等, 2010)。
目前的研究发现,FLOWERING LOCUS T/TERMINAL FLOWER 1 (FT/TFL1)基因家族的某些成员如FT基因、TFL1基因、TSF基因和MFT基因对于光周期促进植物成花转变的过程起重要作用(Borner et al., 2000; Carmel-Goren et al., 2003; Bohlenius et al., 2006; Carmona et al., 2007; Chab et al., 2008)。早在1936年,Chailakhyan提出植物叶片接受光周期诱导后会产生这样一种物质:它可以从叶片运输到茎端分生组织从而促进植物开花,并把这种物质称为“成花素”(Chailakhyan, 1936)。在随后的70余年间,大量科学家致力于分离这种被称为“成花素”的物质,但均以失败告终,以致很长一段时间人们怀疑在植物中存在“成花素”这一物质,进而产生了营养物质转移假说和多因子控制模型解释高等植物成花的机理。然而,2007年的科学研究给人们以希望,世界各地先后有不同的科学家在不同的植物材料中证实FT蛋白就是人们苦苦寻找的“成花素”,它可以通过韧皮部从叶片运输到茎端分生组织,在茎端分生组织,FT蛋白与bZIP转录因子 FLOWERING LOCUS D (FD)互作,共同激活花分生组织基因APETALA 1 (AP1)表达,从而促进成花转换并启动花发育过程(Abe et al., 2005; Notaguchi et al., 2008; Li et al., 2009)。TFL1基因是FT/TFL1基因家族的另一重要成员,其与FT基因的功能相反,抑制茎端分生组织形成花原基,延迟植物由营养生长向生殖生长的转变(Hanzawa et al., 2005)。这些研究成果为成花转换的研究带来新的转机,使得人们利用分子育种的方法调控高等植物花期开始成为可能。
本文综述了近十年来高等植物FT/TFL1基因家族的研究进展,以期为进一步研究该基因家族的功能并通过转基因调节植物开花期提供理论依据。
1高等植物FT/TFL1基因家族成员及其编码序列特征
高等植物FT/TFL1基因家族成员编码的蛋白