JIPB | 湖南大学揭示光周期信号和赤霉素信号协同调控植物开花的新机制学术资讯

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开花是植物生长发育过程的重要环节，决定了高等植物具备繁殖和遗传的能力，对植物子代发育和农作物生产具有重要意义。植物开花受到多种内外源信号因子精确调控，从而形成多条开花途径。在模式植物拟南芥中至少存在六种开花调控途径：光周期途径，春化途径，温度途径，赤霉素途径，年龄途径和自主途径。这些开花调控途径彼此独立而又相互联系，共同调控植物在合适的时间开花。有研究发现赤霉素（Gibberellins, GA）参与调控光周期开花。但是赤霉素途径与光周期途径之间的联系尚不完全清楚。JIPB近日在线发表了湖南大学生物学院刘选明和赵小英课题组题为“FKF1 F-box protein promotes flowering in part by negatively regulating DELLA protein stability under long-day photoperiod in Arabidopsis”的研究论文。该研究发现受光周期调控的F-box蛋白FKF1（FLAVIN-BINDING KELCH REPEAT F-BOX 1）能够与GA信号关键抑制因子DELLA直接互作，通过构成FKF1-DELLA反馈调控环介导光周期信号和GA信号协同调节植物的开花时间。

FKF1-DELLA反馈调控环介导光周期（长日照, LDs）信号和GA信号协同调控植物的开花时间F-box蛋白FKF1表达受光周期调控，fkf1突变体在长日照下（long-day conditions, LDs）表现为晚开花。刘选明和赵小英课题组研究发现fkf1突变体开花对外源GA的响应减弱，FKF1过表达开花则对外源GA更加敏感。进一步研究发现，fkf1突变体中GA信号关键抑制子DELLA蛋白在长日照下午时段积累，FKF1过表达植物中DELLA蛋白水平则降低，说明FKF1可能通过调控DELLA蛋白的稳定性而调控植物的开花时间。令人惊奇的是，FKF1突变并不影响GA介导的DELLA蛋白降解过程。进一步研究FKF1与DELLA蛋白的相互作用，发现FKF1与DELLA蛋白在细胞核中互作，并能够促进DELLA蛋白的泛素化降解。DELLA基因RGA和GAI突变可以部分恢复fkf1突变体的晚开花表型，以及突变体中开花整合子FT、SOC1和LFY的转录表达。因此该研究提出FKF1可能作为E3泛素连接酶介导DELLA蛋白在长日照下午时段的降解，从而促进开花整合子FT、SOC1和LFY的转录表达，进而促进植物开花。有趣的是，DELLA蛋白能够诱导FKF1基因的转录表达，并且GA 可通过促进DELLA蛋白降解而抑制FKF1的转录表达。因此，FKF1-DELLA通过形成反馈调控环，介导光周期信号和GA信号精确调控FT、SOC1和LFY的转录表达和开花时间。

刘选明和赵小英课题组近来还揭示了F-box蛋白FOF2（F-box of flowering 2）通过联系光信号和自主途径信号，促进开花抑制子FLC的转录表达，进而抑制植物开花的机制（He et al., 2017）。博士生阎晋东和讲师李新梅为该论文的共同第一作者，刘选明教授和赵小英教授为共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、湖南省自然科学基金、深圳市科技计划项目的资助。

参考文献He R, Li X, Zhong M, Yan J, Ji R, Li X, Wang Q, Wu D, Sun M, Tang D, Lin J, Li H, Liu B, Liu H, Liu X, Zhao X, Lin C (2017) A photo-responsive F-box protein FOF2 regulates floral initiation by promoting FLC expression in Arabidopsis. Plant J 91: 788-801

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