昆明植物所发现蔷薇亚科开花素编码FT基因的独特随机复制及功能多样化

    开花素FT（Flowering locus T）是植物开花基因调控网络的关键节点，在多个层面调控植物生长发育。基因复制是基因功能多样化的一个重要机制。现有研究表明FT编码基因的加倍往往会伴随功能分化，且已被证明在玉米、水稻等重要作物的驯化过程中扮演重要角色，是关键驯化位点之一。蔷薇科植物是世界最重要的水果和花卉来源，开花时间决定了花果供应的质、量、时节及周期，但蔷薇科植物开花时间调控机制研究仍较薄弱。FT基因是蔷薇科植物开花研究的重点对象之一，拷贝数变异较大，但目前尚缺乏蔷薇科植物FT基因功能和演化的系统研究。

　　中国科学院昆明植物研究所“植物分子遗传与适应”胡金勇专题攻关组基于二倍体‘无刺光叶蔷薇’基因组，结合已发表蔷薇科蔷薇亚科、苹果亚科和李亚科的高质量基因组，发现在以月季和草莓等为代表的蔷薇亚科植物中FT有一个独特随机复制（图1）。FT1-like分支为蔷薇科物种所共有，FT2-like分支仅存于蔷薇亚科，说明该分支可能产生于蔷薇亚科植物的共同祖先。FT2-like基因上游和下游两个基因在蔷薇科5个物种中均有很好共线性，但FT2-like基因仅在蔷薇亚科的3个物种中检测到，而苹果（Malus domestica）、杏（Prunus armeniaca）和蔷薇科最早分化出来的仙女木（Dryas）等均没有，意味着FT2-like的复制很可能来自于蔷薇亚科植物共同祖先的随机复制，而非古老的全基因组复制WGD事件。 

　　所有已知月季FT基因的研究均围绕FT2-like展开。RNA-seq和RT-qPCR等分析表明FT1-like基因很可能也参与了开花时间调控，这与两个FT-like基因的组织特异性表达和启动子内顺式作用元件的分布一致。推测两FT-like有功能分化，其中RwFT1可能参与调控光周期响应及芽休眠等，而RwFT2则参与了冷响应及花发育等。FT-like基因的独特复制为研究人员进一步深入探索蔷薇科植物开花时间和习性多样性调控机制奠定了重要基础，同时也提出了谁是“开花素”之问。 

　　近日，相关研究成果以Rosoideae-specific duplication and functional diversification of FT-like genes in Rosaceae为题在园艺学顶刊Horticulture Research在线发表。中国科学院昆明植物研究所博士研究生蒋晓东为论文第一作者，胡金勇研究员和云南省农业科学研究院李淑斌研究员为论文共同通讯作者，仲米财和董雪博士参与了部分数据分析。研究得到了中国科学院B类战略性先导科技专项（XDB31000000）、中国科学院昆明植物研究所—中国西南野生生物种质资源库开放研究项目（E16O9111D1）及云南省基础研究计划重点项目（202001AS070007）等支持。工作受中国西南野生生物种质资源库、昆明植物园俞宏渊、吕元林、郗望、云南省农科院唐开学、植物所赵久霞等人的支持和帮助。 

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图1. 蔷薇亚科FT-like基因的独特随机复制及功能多样化