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Science | 寒冬之后，春暖花开——季节变化调控种子休眠、开花的机制

花匠小妙招
2025-05-23 19:30

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编者按：开花时间对植物的生长和繁衍具有重要意义。植物开花时间也是关键的农艺形状之一，对农业生产极为重要，影响作物的高产、稳产和品质等。植物开花是一个复杂的生物学过程，涉及到遗传调控和环境因子调控。研究发现，植物开花时间调控的主要途径有光周期途径、春化途径、自主途径、温度途径以及赤霉素途径等。FLC（Flowering Locus C）和FT（Flowering Locus T）是调控开花时间的两个重要基因，现已成为开花调控研究领域的热点。近年来，研究人员在FLC位点鉴定到了一类长链非编码RNA （COOLAIR）参与植物的春化作用。在冬季温度降低时，COOLAIR大量积累并特异性沉默FLC基因的表达，进而解除FLC对FT的抑制作用，促进植物的开花。前人研究已证明，FLC对FT表达具有抑制作用，然而FT是否调控FLC基因的表达？近日，来自英国John Innes Center 的Steven Penfield 研究组在 Science 在线发表了题为“Feedback regulation of COOLAIR expression controls seed dormancy and flowering”的研究论文，首次揭示了FT对FLC基因的表达具有反馈调节作用。据该论文的第一作者陈敏博士（现为华中农业大学生命科学技术学院教授）介绍，该工作起始于一个表型的发现，flc突变能挽救ft突变体的表型，意味着在休眠途径中FT位于FLC上游。随后经过多次重复，决定深挖相关机制，最终完成了这项工作。同时，John Innes Center 的Caroline Dean在论文准备和写作过程中曾提出过很多建议。为更好的理解该论文，我们今天和大家分享一篇由中科院华南植物园刘勋成研究员撰写的评述文章。

撰文：刘勋成研究员，中科院华南植物园

种子为什么在春天发芽？花儿为什么在春天盛开？这些有趣的科学问题或多或少已经找到了一些答案，而科学家却从未停下探索的脚步。

种子萌发是绿色植物生命周期的开始，而开花是植物从营养生长向生殖生长转换、进行世代交替的关键过程。地球上季节性的气候变化，如气温和日照长度等因素影响着种子萌发和开花等重要发育过程。在漫长的进化过程中，植物进化形成了复杂而精确的机制，通过整合内源信号和外部环境信息，适应气候的变化从而生存下来。

研究发现，植物通过体内的两种关键蛋白——FT（Flowering Locus T）和FLC（Flowering Locus C）感受季节性气温和日照长度的变化，从而精确的完成萌发和开花的生命进程。FT蛋白又名“开花素”，在叶脉中合成，经筛管运送到茎顶端分生组织，促进花分生组织的形成从而诱导植物开花。与FT相反，FLC是开花的抑制因子。早期的研究表明，冬性作物在秋天萌发后，FLC蛋白结合到FT基因座位上直接抑制其表达，从而抑制植物开花；而在冬季来临后，伴随着日照变短，温度变低，植物体内大量表达FLC的反义转录片段，称之为COOLAIR（位于FLC基因的末端），这种反义RNA特异性沉默FLC的表达，引起植物体内FLC蛋白的丰度急剧降低，植物开花得以起始。此外，FLC和FT都在调控种子休眠途径中起到重要作用。然而，FT和FLC的“友谊”仅限于此吗？

在本期科学杂志中，英国John Innes中心Steven Penfield领衔的研究团队揭开了故事的另一面：在模式植物拟南芥中，FT蛋白可感受季节性气候的变化，反馈调节FLC的基因表达，进而精确的调控种子休眠和开花。实验分析显示，flc突变能挽救ft突变体的种子休眠表型，表明FT在遗传关系上位于FLC的上游。对植物进行低温处理可以诱导FLC基因表达上调，而这一过程依赖于FT（图1）。

图1. FT反馈调控FLC的基因表达

进一步研究显示FT蛋白直接结合到FLC反义RNA（COOLAIR）的转录起始位点上，促进其转录，间接抑制FLC基因表达，从而打破种子休眠、诱导植株开花。这些结果表明FT蛋白抑制FLC基因表达是通过激活COOLAIR实现的。FLC对FT基因表达的调控早为人所知，而本研究揭示了FT对FLC基因的表达具有反馈调节作用。这两个基因天然的相互调节作用为植物整合外部气候信息、精细调控种子萌发和开花提供了重要的保证。

陈敏教授课题组现因工作需要招聘大豆基因组学以及大豆种子休眠机制方向的博士后各一名。工资待遇根据华中农业大学博士后的管理规定以及工作业绩执行，特别优秀者待遇可以协商（年收入一般为20-30万元，在子女入托、上学、医疗方面享受与校内在职教职工相同待遇；出站考核达到相应岗位条件可聘至学校相应教师岗位）。要求应聘者热爱生命科学研究，对毕业学校和专业没有特别要求，对已发表文章也没要求。收到申请后尽快安排面试。有意者请联系陈敏教授 chenmin@mail.hzau.edu.cn

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