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Plant Com | 拟南芥中调控开花素FT表达的新机制

花匠小妙招
2025-11-14 02:02

被子植物的成功繁殖在很大程度上依赖于开花的时机，所以植物对开花时间的调控尤为重要，植物的开花时间受到多种内部和外部信号的复杂调控 [1-3]。FLOWERING LOCUS T (FT) 是开花调控的主要整合因子和关键基因之一，它可将多种途径感知的开花信号整合在一起，传递给下游的开花发育基因，FT基因的缺失会导致开花时间极大的延迟，所以研究FT基因表达的调控机制有助于我们了解植物如何控制开花时间。

磷酸化和去磷酸化是常见的蛋白修饰方式，其在信号转导和植物发育过程中发挥重要的功能。前期研究发现C-TERMINAL DOMAIN PHOSPHATASE-LIKE 3 (CPL3) 通过去磷酸化FLX-LIKE 4 激活主要开花抑制因子FLOWERING LOCUS C (FLC) 的表达 [4]，而C-TERMINAL DOMAIN PHOSPHATASE-LIKE 2 (CPL2) 在激活FLC的表达和抑制开花中与CPL3有冗余功能 [5]。然而，与flc突变体相比，cpl2突变体开花时间更早，暗示CPL2在开花中有其他下游靶点。

2023年12月19日，Plant Communications在线发表了新加坡淡马锡生命科学研究院申莉莎课题组题为 “A dephosphorylation-dependent molecular switch for FT repression mediates flowering in Arabidopsis”的研究论文，该文章报道了植物调控FT表达的新机制。

https://doi.org/10.1016/j.xplc.2023.100779

CPL2 是植物特有的一类磷酸酶，在长日照条件下，cpl2-2突变体表现出明显的早花表型，而通过转化CPL2基因片段或过表达CPL2，可以成功挽救该早花表型。高通量测序分析显示cpl2-2中601个基因上调、84个基因下调，其中FT基因的表达上调最为明显，说明了CPL2在FT表达调控中的关键作用。EARLY FLOWERING MYB PROTEIN (EFM) 是一个抑制FT表达的转录因子，本研究在过表达了EFM的原生质体和拟南芥植物中都发现了EFM存在磷酸化修饰，当CPL2-3FLAG与EFM-4HA一同表达时，磷酸化EFM水平明显下降。

本研究通过一系列生化实验证明了CPL2和EFM相互作用，使EFM发生去磷酸化，只有去磷酸化形式的EFM才能够结合FT的启动子区域，进而抑制FT基因的表达，从而调控开花时间。为了进一步证明磷酸化修饰对EFM功能的影响，此研究通过免疫沉淀和质谱确定了EFM发生磷酸化的两个氨基酸位点，S147和S148，并在efm-1突变体中分别表达野生型，模拟磷酸化（EFM-4HAS147D S148D）和去磷酸化（EFM-4HAS147AS148A）形式的EFM，发现只有野生型和去磷酸化形式的EFM可以完全恢复efm-1的早开花表型。这个结果表明CPL2介导的EFM 在S147和S148的去磷酸化对开花时间的调控至关重要。

CPL2通过去磷酸化EFM从而精细调控FT基因表达的分子模型

这一发现揭示了CPL2与EFM之间的分子调控机制，为深入理解植物开花调控网络提供了重要线索。整体而言，CPL2在植物开花时期的精准调控中发挥着关键的作用，为后续植物分子遗传学和生长发育领域的研究提供了新的视角。

张禹博士为论文的第一作者，申莉莎研究员为本文的通讯作者。花昌梅博士和Kiang Jian Xuan 也参与了这项研究。本研究项目得到了新加坡国立研究基金会、新加坡食品局和淡马锡生命科学研究院的支持。

参考文献：

1. Andrés, F., & Coupland, G. (2012). The genetic basis of flowering responses to seasonal cues. Nature Reviews Genetics, 13(9), 627-639.

2. Posé, D., Yant, L., & Schmid, M. (2012). The end of innocence: flowering networks explode in complexity. Current opinion in plant biology, 15(1), 45-50.

3. Bao, S., Hua, C., Shen, L., & Yu, H. (2020). New insights into gibberellin signaling in regulating flowering in Arabidopsis. Journal of Integrative Plant Biology, 62(1), 118-131.

4. Shen, L., Zhang, Y., & Sawettalake, N. (2022). A molecular switch for FLOWERING LOCUS C activation determines flowering time in Arabidopsis. The Plant Cell, 34(2), 818-833.

5. Zhang, Y., & Shen, L. (2022). CPL2 and CPL3 act redundantly in FLC activation and flowering time regulation in Arabidopsis. Plant Signaling & Behavior, 17(1), 2026614.

责编：小罗

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