《Gene Reports》：Heterologous expression of
Crocus sativus FT-like gene delayed flowering and reduced reproductive development in
Nicotiana tabacum under different temperature regimes
编辑推荐：
•番红花（Crocus sativus）中的CsFT基因已在异源烟草植物中进行了功能表征。•在18°C、23°C、28°C和32°C四种对照温度条件下，对CsFT转化系进行了评估。•与野生型（WT）相比，烟草中CsFT的表达使开花延迟16.8–43.6天。•CsFT过表达降低
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番红花（Crocus sativus）中的CsFT基因已在异源烟草植物中进行了功能表征。
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在18°C、23°C、28°C和32°C四种对照温度条件下，对CsFT转化系进行了评估。
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与野生型（WT）相比，烟草中CsFT的表达使开花延迟16.8–43.6天。
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CsFT过表达降低了转基因烟草植物的蒴果产量。
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温度对开花和生殖发育产生了强烈影响。
引言
开花是植物中一个关键的发育转变过程，受到遗传和环境因素的严格调控。该过程由一个复杂的遗传和表观遗传因素网络所调控，这些因素与环境信号和内部信号相互作用，以精确控制开花的时间（Blumel等，2015）。开花的诱导取决于许多因素，如光周期和温度。控制这一过程的关键分子成分是开花位点T（FT）基因，它作为多种开花通路的中心整合因子发挥作用。FT基因属于磷脂酰乙醇胺结合蛋白（PEBP）家族，在光周期开花反应中起着至关重要的作用（Liu等，2016）。FT基因整合光周期和温度信号以调控开花，使植物能够根据温度的季节性变化调整其生殖时间。开花过程已在模式植物拟南芥中得到广泛研究，其中提出了五条关键通路来主要调控从营养生长向生殖生长阶段的转变（Boss等，2004）。
这些开花通路下游的两个重要基因是开花位点T（FT）和终端花1（TFL1）。FT促进向生殖发育和开花的转变，而TFL1则抑制这一转变（Wickland和Hanzawa，2015；Kobayashi等，1999）。已开展大量研究以确定FT在开花中的作用。许多FT基因的正交同源物已被确认，例如水稻中的Hd3a和RFT1基因是拟南芥FT的同源物（Sun等，2014），马铃薯中的StSP6A是FT的同源物（Sharma等，2016），番茄中的SFT是FT的同源物（Lifschitz等，2006），兰科植物中的DnFT是FT的同源物（Li等，2012），大豆中的GmFT2（Kong等，2010），均具有诱导花芽的功能，表明FT基因家族作为促花素的保守祖先功能。然而，最近的研究表明，FT样基因的功能不仅限于促花素，还在植物的多种生理方面发挥重要作用，影响其株型结构。马铃薯（Solanum tuberosum）中FT的同源物StSP6A是一种可移动的"块茎素"，可启动依赖光周期的块茎形成过程（Navarro等，2011）；洋葱（Allium cepa）中FT的同源物AcFT1和AcFT4参与鳞茎的发育（Lee等，2013）；玉米（Zea mays）中的ZCN8基因具有调控生长的功能（Meng等，2011）；大豆（Glycine max）中的Dt1基因控制茎的生长习性（Tian等，2010）。当DlFT1和DlFT2基因在拟南芥中异位表达时，导致显著提前开花、莲座叶减少以及分枝减少或无分枝（Winterhagen等，2013）。由于烟草内源FT旁系同源物的平衡被破坏，当棉花的GhFT1在烟草中过表达时，转基因烟草植物表现出矮小株型和叶片形状改变（Li等，2015）。此外，当VcFT基因在高丛蓝莓中表达时，也观察到FT基因异位表达对外株高和花蕾数量的影响（Gao等，2016）。
理解FT介导的热感应开花通路对于作物改良至关重要，例如藏红花（Crocus sativus L.）。藏红花是鸢尾科植物，株高10–25 cm，由于其三倍体和不育特性，通过球茎繁殖。它是一种温带作物，主要种植于印度、伊朗、西班牙等地的丘陵地区。与大多数在入冬前进入休眠的植物不同，藏红花在秋季开花。田间试验表明，藏红花的开花在温度降至16°C以下时被触发（Molina等，2004和2005；Anuar等，2024）。藏红花开花对温度高度敏感，使其难以在炎热气候条件下栽培。这种温度依赖性限制了藏红花的产量，导致其市场价格昂贵。由于其高昂的价值，藏红花柱头经常受到掺假，给质量控制和商业可行性带来挑战。藏红花具有较长的生长周期、季节性开花行为以及体外条件下有限的再生效率，这些因素共同限制了与开花相关基因的直接分子和功能研究。相比之下，烟草（Nicotiana tabacum）具有多项优势，包括生长迅速、再生能力强、易于通过农杆菌介导的遗传转化、种子产量丰富以及开花通路已被充分表征。这些特点使烟草成为开花调控基因初步功能验证的理想异源表达系统。此前已在藏红花中报道了三个FT同源物，命名为藏红花开花位点T（CsatFT1、CsatFT2和CsatFT3），分别编码175、174和179个氨基酸的预测蛋白（Wang等，2022）。在本研究中，我们调查了从NCBI数据库获得的一个FT样序列（GenBank登录号MT045995.1），该序列编码一个预测的179个氨基酸蛋白。尽管该蛋白长度和扩增引物的序列特征提示其可能与此前报道的CsatFT3同源物（Wang等，2022）相对应，但通过与已报道的CsatFT同源物进行直接序列比较，无法确定其身份。因此，本手稿中将该被调查的序列称为CsFT样。由于FT基因已知在花芽转变过程中整合温度和光周期信号，在不同温度条件下评估藏红花FT（CsFT样）基因对于了解其在异源系统中功能是否受温度变异影响至关重要。使用多种温度制度还允许评估异位表达的CsFT样基因在低温和高温条件下是否能以不同方式改变开花行为、植物生长和生殖发育。此外，在不同温度下研究转基因植物有助于确定开花延迟表型是温度特异性的，还是一致地与CsFT样过表达相关。因此，我们将CsFT样分离并引入烟草中，以在不同温度条件下评估其生物活性，并研究其在开花调控、植物株型和生殖发育中的作用。本研究获得的见解将为开发提高藏红花对不同气候条件适应性的战略框架、以及维持稳定产量和质量做出贡献。
章节摘要
植物材料及CsFT样基因的PCR扩增
从印度克什米尔当地一位农户处采购藏红花球茎，种植在配有10小时光照、45%湿度和20°C温度的植物生长室内。在开花启动初期从藏红花叶片中提取总RNA（图1A和B）。使用PrimeScript第一链cDNA合成试剂盒（TAKARA）进行cDNA合成。然后使用引物从合成的cDNA中扩增CsFT样基因的CDS序列（542 bp，图1C）
PCR扩增和FT基因克隆
成功从藏红花叶片组织中分离出高质量的完整总RNA，并用于后续cDNA合成（图1A和B）。使用基因特异性引物从藏红花cDNA中扩增CsFT样基因，获得了539 bp的PCR产物（图1C），不含终止密码子（TAG）。通过Sanger DNA测序进一步确认了扩增片段的身份。将扩增序列与NCBI数据库进行BLAST分析，结果显示100%的序列一致性
结论
尽管转基因烟草中CsFT样表达量较高，但观察到的开花延迟可能反映了功能不相容或与异源宿主内源开花调控网络的相互作用。与FLOWERING LOCUS T（FT）作为促花因子的经典作用相反，CsFT样在烟草中的异源表达在所有测试温度制度下均与显著延迟开花和减少蒴果产量相关。这些观察结果表明
CRediT作者贡献声明
George Kristi：写作–初稿、方法学、调查。Amar A. Sakure：写作–审阅与编辑、监督、方法学、调查、形式分析、概念化。Sushil Kumar：验证、形式分析。Prity Kumari：形式分析、数据管理。
资助
本研究未获得公共、商业或非营利部门资助机构的任何专项资助。
利益冲突声明
作者声明，他们没有已知的竞争性经济利益或个人关系，这些利益或关系可能会影响本论文中报告的工作。
George Kristi|Amar A. Sakure|Sushil Kumar|Prity Kumari
