武亮研究员课题组解析植物开花调控的新机制
2019年2月18日，浙江大学作物所武亮研究员课题组在Nature Communications杂志在线发表了题为“Divergent roles of FT-like 9 in flowering transition under different day lengths in Brachypodium distachyon”的研究论文。
开花是植物生长发育阶段的重要组成部分，直接影响植物生长的世代长短和繁殖速度。改良作物抽穗期农艺性状不仅对扩大新品种适宜种植范围极其重要，而且对于提高作物产量、增强作物抗逆性也具有积极意义。小麦、大麦等麦类作物是长日照植物，人们熟知虽然长日照植物在短日照条件下开花时期显著延迟，但最终还是可以开花结实，完成生活史。然而，其中的作用机制并不清楚。
二穗短柄草生长空间小，是研究麦类作物的模式植物。成花素是诱导植物开花的信号分子，由FLOWERING LOCUS T（FT）基因编码。FTs与14-3-3 骨架蛋白和FD 转录因子相互作用形成开花诱导复合物，在植物多条开花路径中发挥着整合因子作用。
武亮研究员课题组在二穗短柄草中鉴定到一个短日照特异表达的FT同源基因（FT-like 9，FTL9）。遗传学证据表明，FTL9蛋白是特异控制短日照条件开花的成花素。生化机制研究发现，与长日照条件积累的成花素FT1相似，FTL9与14-3-3和FD也可互作形成开花诱导复合物，但其开花复合物的活性远低于FT1。FTL9作为短日照成花素的意义在于：虽然短日照开花时间远大于长日照，但最终还是可以抽穗开花，从而保证完成其生殖过程。
有意思的是，该研究发现FTL9不仅在短日照条件促进开花，而且在长日照条件抑制开花。解析其机制发现，在短日照条件FT1不表达时，FTL9形成活性较弱的开花复合物，诱导开花；在长日照条件FT1大量表达时，FTL9通过与FT1竞争，影响了FT1开花复合物对下游基因的激活能力，从而抑制开花，说明FTL9具有双重开花调控功能。
同时，该研究还鉴定了FTL9的上游作用因子，即正向调控FT1基因表达的CONSTANTS（CO）同源蛋白CO1，同时可以抑制FTL9表达。因而，CO1对不同FTs的双层调控机制，缩短了二穗短柄草在长日照条件下的开花时间。
该研究成果不仅揭示了植物开花调控新的分子机制，而且可为指导麦类作物广适性育种提供参考。博士后秦正睿和硕士研究生白玉雪为论文第一作者，Sajid Muhammad、毋霞、邓平川也参与了该工作，山东农业大学吴佳洁教授和安海龙教授为二穗短柄草转化提供了指导。该研究得到了国家自然科学基金、浙江省自然科学基金、中国博士后科学基金、作物遗传与种质创新国家重点实验室开放课题以及浙江大学“百人计划”项目资助。
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-019-08785-y
FTL9调控分子机制模式图
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