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Dev. Cell | 俞皓教授研究组揭示植物开花的调控新机制

花匠小妙招
2025-06-27 21:39

　　开花时间对植物的生长和繁衍具有重要意义。开花时间是一个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。调控植物开花时间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【1】。

　　FLOWERING LOCUS T (FT) 是不同开花途径的关键整合因子，对成花转变具有重要作用。在长日照条件下，FT被光周期途径的重要调控因子CONSTANS (CO) 激活，而在短日照条件下， COP1-SPA1复合体降低了CO的蛋白水平，导致其不能激活FT的表达，造成植物延迟开花【2,3】。赤霉素（GA）途径也对植物开花起重要作用。研究发现，在短日照条件下，GA突变体不能开花，且GA信号可与JA信号互作调控开花时间【4】。

　　近日，Development Cell杂志发表了新加坡国立大学生物科学系俞皓教授课题组题为Molecular Basis of Natural Variation in Photoperiodic Flowering Responses的研究论文，报道了植物开花的调控新机制。

　　在前期的研究中，俞皓研究组发现，GA通过调控bHLH转录因子MYC2影响JA信号途径【4】。随后，该研究组研究了MYC2及其同源蛋白MYC3和MYC4对GA开花途径的影响。通过分析拟南芥myc2, myc3, myc4和myc234突变体的开花时间，发现在短日照条件下myc3开花时间显著提前，且FT基因的表达升高，说明MYC3通过抑制FT的表达抑制开花。进一步利用ChIP和EMSA，发现MYC3可结合到FT启动子，抑制其表达，并在FT启动子上鉴定到了新的MYC3结合序列ACGGAT。

　　短日照下，myc3突变体开花提前

　　鉴于GA在短日照下对拟南芥开花的重要性，该研究组继续对GA信号和MYC3的互作关系进行了研究。研究发现，GA可通过下调MYC3的蛋白水平促进拟南芥开花，进一步利用不同突变体材料和生化实验发现，GA信号途径的关键调控因子DELLA蛋白与MYC3互作，稳定MYC3蛋白。

　　进一步研究发现，光周期途径的重要调控因子CO蛋白与MYC3相互拮抗调控拟南芥开花时间。短日照下，DELLA和MYC3蛋白丰度比CO高，MYC3竞争性的结合到FT启动子，抑制起表达；而在长日照下，GA含量升高导致DELLA降解，从而降低了MYC3的蛋白水平，此时CO起主要作用，促进FT的表达。

　　MYC3作用模型

　　bHLH类型MYC转录因子在被子植物中广泛保守，参与植物的生长和防御反应。FT启动子上MYC3结合位点发生自然变异，而MYC3不发生改变，这或许是一种重要的适应机制。这种机制只影响开花途径，不影响生长发育。综上，该研究揭示了一个MYC3-FT模块，其具有保守性并在开花植物的光周期响应中起作用。

　　参考文献

　　【1】Srikanth A, Schmid M. (2011). Regulation of flowering time: all roads lead to Rome. Cell Mol Life Sci 68, 2013-2037.

　　【2】Valverde, F., Mouradov, A., Soppe, W., Ravenscroft, D., Samach, A., and Coupland, G. (2004). Photoreceptor regulation of CONSTANS protein in photoperiodic flowering. Science 303, 1003–1006.

　　【3】Jang, S., Marchal, V., Panigrahi, K.C.S., Wenkel, S., Soppe, W., Deng, X.W., Valverde, F., and Coupland, G. (2008). Arabidopsis COP1 shapes the temporal pattern of CO accumulation conferring a photoperiodic flowering response. EMBO J. 27, 1277–1288.

　　【4】Hou, X., Lee, L.Y., Xia, K., Yan, Y., and Yu, H. (2010). DELLAs modulate jasmonate signaling via competitive binding to JAZs. Dev. Cell 19, 884–894.