Evergreen azalea cultivars that belong to the subgenus Tsutsusi have been improved by selection of mutants and interspecific hybridization of wild species. However, no molecular information on flower bud formation in evergreen azalea is presently available. In this study, isolation of several flowering-related genes and analysis of their expression in the evergreen azalea ‘Oomurasaki’ (Rhododendron × pulchrum) were performed. In addition, the relationship between flower bud formation and expression of these flowering-related genes was investigated using ‘Oomurasaki’ plants grown under natural conditions. Lastly, effects of PGRs on flower bud formation were investigated in ‘Oomurasaki’.1. Isolation and expression analysis of flowering-related genes in ‘Oomurasaki’ Isolation and expression analysis of flowering-related genes were carried out by RT-PCR, semi-quantitative RT-PCR and RT-qPCR. Full-length sequences of RpFT, RpSOC1, RpLFY, RpTFL1 and RpCEN, and a partial sequence of RpAP3, were isolated from the shoot apex of ‘Oomurasaki’. Expression of these flowering-related genes was detected in vegetative and floral organs. These genes were expressed in the shoot apex and flower buds during the period of flower bud formation. During the experimental period, expression patterns of RpFT, RpLFY and RpAP3 were increased in the period of flower bud formation, whereas expression patterns of RpTFL1 and RpSOC1 were decreased in the period. RpCEN expression showed no correlation with flower bud formation. These results indicated that RpFT, RpSOC1, RpLFY, RpTFL1 and RpAP3 are involved in flower bud formation, and that the period of flower bud formation can determine by expression pattern of RpFT, RpLFY, RpTFL1 and RpAP3.2. Environmental conditions and plant growth regulators affect flower bud formation in ‘Oomurasaki’To investigate factors that affect flower bud formation in ‘Oomurasaki’, the expression patterns of flowering-related genes were analyzed during the period of flower bud formation in 2009, 2010 and 2011 in plants grown under natural conditions, and their expression was investigated in response to exogenous gibberellin (GA) and paclobutrazol (PAC) application. In 2009 and 2011, the flowering-related genes RpFT and RpLFY were expressed mainly on early August, whereas RpTFL1 expression was decreased from mid-July. In 2010 year, RpFT and RpLFY were expressed mainly on early September, whereas RpTFL1 was decreased from early September. Moreover, RpAP3 were expressed mainly in early August 2009 and in early September 2010, which corresponded with the period of flower bud formation. Flower meristem formation occurred earlier in PAC-treated plants than in GA-treated plants. The RpFT expression level was higher in response to PAC application than in GA application. In contrast, expression of RpSOC1, RpLFY and RpTFL1 increased in response to GA application than in PAC application. These results indicated that temperature and both GA and PAC may affect flowering-related genes in flower bud formation.Collectively, these results suggest that RpFT, RpSOC1, RpLFY, RpTFL1 and RpAP3 are involved in flower bud formation, and that environmental conditions and PGRs affect flower bud formation and its genes.
상록성 철쭉의 화아형성에 대해서, 재배관리와 품종개량의 필요성으로부터 일부의 자생종과 원예품종을 이용하여 온도와 일장 등의 환경요인과 식물성장조절물질의 영향이 연구되어 왔다. 최근 화아형성에 관한 연구가 진행되고 있지만, 분자레벨의 화아형성에 관한 연구에 대해서는 보고되고 있지 않다. 따라서, 본 연구에서는 일본에서 중요한 상록성 철쭉 ‘오오무라사키’ (Rhododendron × pulchrum)를 재료로, 화아형성과 개화관련유전자 발현과의 관계를 해석하고, 연차 별 기후와 식물성장조절물질이 화아형성에 미치는 영향을 검토하였다.
1. ‘오오무라사키’의 개화관련유전자의 동정과 발현해석
‘오오무라사키’를 이용하여 개화관련유전자의 동정과 발현해석을 하였다.‘오오무라사키’의 줄기정단부에서 FLOWERING LOCUS T (FT), SUPPRESSOR OF OVEREXPRESSION OF CONSTANS 1 (SOC1), LEAFY (LFY), TERMINAL FLOWER 1 (TFL1), CENTRORADIALIS (CEN)의 전장과, APATALA 3 (AP3)의 단편을 각각 하나씩 동정하였다.‘오오무라사키’의 기관별로 발현해석을 한 결과, RpFT는 화아에서, RpLFY와 RpAP3는 영양과 생식기관에서, RpTFL1과 RpCEN은 영양기관에서 주로 발현하였다. 또한, 화아형성기에 발현해석 한 결과, RpFT, RpSOC1, RpLFY 및 RpAP3는 화아형성기에 발현이 증가하고, RpTFL1과 RpSOC1은 화아형성기에 발현이 감소하는 경향을 나타냄으로, RpFT, RpSOC1, RpLFY, RpTFL1 및 RpAP3가 화아형성에 관여하고 있음이 밝혀졌다.
2. ‘오오무라사키’의 화아형성에 자연기후와 식물성장조절물질이 미치는 영향
화아형성에 영향을 미치는 환경요인과 개화관련유전자의 관계를 조사하기 위해, 2009년, 2010년 및 2011년의 3년간의 화아형성기에 RpFT, RpSOC1, RpLFY, RpTFL1 및 RpAP3의 발현을 조사하였다. 2009년과 2011년에는 8월 상순에 발현 peak가 있었고, 그에 비해, 8월의 이상고온에 의해 약 1개월간 화아형성이 지연된 2010년에는 9월 상순에 발현 peak가 관찰되었기 때문에, 화아형성기에 대해서 온도와 개화관련유전자 발현의 관련성이 보였다.
또한, 식물성장조절물질이 화아형성에 미치는 영향을 조사하기 위해, Gibberellin (GA) 또는 Paclobutrazol (PAC) 을 처리한‘오오무라사키’의 화아형성과, 개화관련유전자의 발현을 조사하였다. 화원기의 형성은 PCA 처리구에서 대조구 보다 이른 시기에 관찰되고, GA처리구에서는 대조구보다 지연되는 것이 관찰되었다. 개화관련유전자의 발현에 대해서, RpFT는 PAC처리구에서 강하게 발현하였고, RpSOC1, RpLFY 및 RpTFL1은 GA처리구에서 강하게 발현하는 경향이 보였다.
이상의 결과와 같이, 본 연구에서는 상록성 철쭉의 화아형성과 개화관련유전자에 대해서,‘오오무라사키’로부터 동정한 RpFT, RpSOC1, RpLFY, RpTFL1 및 RpAP3의 발현시기를 해석함에 따라, 화기관의 형성과의 관련성이 보였다. 또한 3년간의 기온에 의한 화아형성기와 개화관련유전자의 발현의 차이가 있고, GA과 PAC에 의해서 화원기형성기간과 개화관련유전자의 발현이 변화하였기 때문에, ‘오오무라사키’의 화아형성에 온도와 식물성장조절물질은 개화관련유전자에 영향을 미친다고 시사되었다.