安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)解密植物開花時(shí)間調(diào)控的“奧秘”

中國(guó)教育報(bào)-中國(guó)教育新聞網(wǎng)訊（記者 方夢(mèng)宇 通訊員 曹雷）自然界不同植物開花時(shí)間早晚不一樣，到底是什么神奇的力量在調(diào)控開花時(shí)間？科學(xué)家們一直在探尋這個(gè)奧秘。

2020年11月17日，安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院植物抗逆育種與減災(zāi)國(guó)家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室李培金課題組在Nature-Communication雜志在線發(fā)表題為“Molecular variation in a functionally divergent homolog of FCA regulates flowering time in Arabidopsis thaliana”的研究論文，揭示了擬南芥花期自然變異的調(diào)控新機(jī)制。

開花時(shí)間對(duì)植物產(chǎn)量和品質(zhì)有著重要影響，一般來說，每種植物都有最佳花期，在這個(gè)期間開花，就能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)。但如果花期提前或者滯后，就會(huì)給產(chǎn)量帶來不良影響。

比如玉米在開花時(shí)期對(duì)高溫異常敏感，如果在七月份高溫天氣開花，會(huì)導(dǎo)致雌雄花期不協(xié)調(diào)和授粉失敗，嚴(yán)重時(shí)顆粒無收，給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來重大損失。因此，解析植物的開花機(jī)制，對(duì)植物分子輔助育種，提高作物產(chǎn)量具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

有研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)RIGIDA （FRI）和FLOWERING LOCUS C（FLC）是抑制植物開花的兩個(gè)關(guān)鍵基因，兩者在植物體內(nèi)表達(dá)水平的高低，決定了植物是否具有春化需求。

比如冬小麥之所以需要過冬，主要是因?yàn)镕RI和FLC的同源基因表達(dá)水平很高，抑制了冬小麥開花，經(jīng)過秋冬兩季長(zhǎng)時(shí)間的低溫，F(xiàn)LC表達(dá)水平就會(huì)慢慢下降，等到來年春天，隨著氣溫的逐步升高，冬小麥才得以開花結(jié)果。同時(shí)，只有在FRI和FLC共存的情況下，才能發(fā)揮抑制開花的功能，任何一個(gè)基因的缺失都會(huì)導(dǎo)致植物早花。

李培金課題團(tuán)隊(duì)對(duì)世界范圍內(nèi)的102種擬南芥不同生態(tài)型的FLC基因的表達(dá)水平進(jìn)行了定量分析，通過全基因組關(guān)聯(lián)分析技術(shù)篩選到一個(gè)花期調(diào)控關(guān)鍵基因SSF。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，SSF蛋白具有兩個(gè)變異類型-SSF414D和SSF414N，這兩種蛋白能被植物體廣泛存在的蛋白泛素化修飾和降解系統(tǒng)識(shí)別，以調(diào)控SSF蛋白水平的高低，從而影響開花抑制基因FLC的表達(dá)水平，導(dǎo)致植物花期發(fā)生改變。

李培金解釋說，SSF基因的兩種變異類型很神奇，414D主要存在于北方的植物中，可以使植物晚花，適應(yīng)北方的寒冷氣候；而414N主要存在于南方的植物中，調(diào)控植物早花，以適應(yīng)南方較為溫和的生長(zhǎng)環(huán)境。

在以往學(xué)術(shù)界的研究中，SSF基因多次被發(fā)現(xiàn)，但這個(gè)基因如何發(fā)揮功能一直不清楚，分子調(diào)控機(jī)制更是未知，該研究成果首次解決了這個(gè)難題。

FCA也是調(diào)控植物開花的一個(gè)代表性基因，之前有研究表明該基因能改有促進(jìn)植物開花，李培金在研究中發(fā)現(xiàn)，SSF和FCA作為同源基因卻有著相反的功能。

“一般情況下同源基因功能類似，但SSF和FCA卻恰恰相反，SSF可以調(diào)控植物晚花，F(xiàn)CA調(diào)控植物早花?！崩钆嘟鸾忉尩?。同時(shí)，F(xiàn)CA同時(shí)存在于雙子葉和單子葉植物中，而SSF只存在雙子葉植物中，這是一個(gè)很有意思的現(xiàn)象，也是植物進(jìn)化研究的目標(biāo)基因和良好素材。

這項(xiàng)研究成果深入揭示了基因自然變異調(diào)控植物生育期的新機(jī)制，為植物分子育種提供了重要基因資源和理論依據(jù)。“自然變異是自然界自然發(fā)生的現(xiàn)象，弄清楚這個(gè)機(jī)制，對(duì)作物育種至關(guān)重要，可以使用傳統(tǒng)或分子育種手段對(duì)農(nóng)作物進(jìn)行轉(zhuǎn)育，加以利用?！崩钆嘟鹫f。

安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)2018級(jí)博士生王云鶴和生命科學(xué)學(xué)院教師陶珍為論文共同第一作者，李培金教授為通訊作者，安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)為該論文第一通訊單位。該工作得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金和安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)高層次人才引進(jìn)經(jīng)費(fèi)的資助。