模式植物拟南芥开花时间分子调控研究进展

植物从营养生长到生殖生长的转变是开花发育的关键,在合适的时间开花对植物的生长和繁衍极为重要,植物开花时间的调控对农业生产发展意义重大。植物开花是由遗传因子和环境因子协同调节的一个复杂过程。近年来,对不同植物开花调控的研究,特别是对模式植物拟南芥（Arabidopsis thaliana（L.） Heynh.）的开花调控研究取得了显著进展,已探明开花时间分子调控的6条主要途径分别是光周期途径、春化途径、自主途径、温度途径、赤霉素途径和年龄途径。各遗传调控途径既相互独立又相互联系,构成一个复杂的开花调控网络。本文综述了模式植物拟南芥开花时间调控分子机制相关研究的最新进展,并对未来的研究进行了展望。     

植物开花时间的遗传调控通路研究进展

开花时间对植物的繁殖成功至关重要。广泛分布的物种经常发生开花时间的分化, 从而能够更好地适应不同的环境条件。为了探索植物开花行为发生适应性分化的分子机制, 首先要明确调控开花行为的遗传通路。本文梳理了植物各类群调控开花时间的遗传通路, 以期为开花时间适应性分化的分子机制研究提供依据。 植物从营养生长向繁殖转变时, 其开花行为主要受到光照、温度、水分等外界环境因子和赤霉素等内在因素的影响。通过对模式植物拟南芥(Arabidopsis thaliana)和其他类群的研究, 总结出了调控植物开花时间的6条通路, 包括日照长度和光质影响开花的光依赖通路, 长时间冷暴露后促进植物开花的春化通路, 高温或低温环境影响开花的温度通路, 以及赤霉素通路、年龄通路和自主通路3条内部调节过程。植物开花时间调控的6条上游通路信号传递到下游的开花整合基因FT(FLOWERING LOCUS T)和SOC1(SUPPRESSOR OF OVEREXPRESSION OF CONSTANS 1), 整合基因将这些复杂的调节因子整合后进一步传递到下游花分生组织, 从而启动开花。此外, 非编码RNA、转座子对开花时间的调控也具有重要作用。部分遗传通路被证实在植物适应环境的过程中起到了重要作用。目前对植物开花调控的研究已经有一百多年历史, 理论相对成熟。然而, 仍然存在许多具有争议和未解决的问题, 如开花基因的表达方式、开花行为的特殊调控机制、开花时间变异的适应性意义等等, 需要更进一步的研究。     

植物开花时间调控的信号途径

开花是植物从营养生长到生殖生长的一个重要转折点。花启动的时机对生殖生长的成功至关重要。开花时间受内在因子和环境因子的共同调节。通过对拟南芥的分子遗传学研究,确定至少存在4条调控开花时间的信号途径,即光周期途径、春化途径、自主途径和赤霉素途径。本文以拟南芥 (Arabidopsis thaliana) 为主要研究对象简要综述了近年来在开花时间调控领域的研究进展。     

可变剪接调控植物开花的作用机制进展

开花是植物生长发育的关键转折,与种子生产和作物产量密切相关。开花转变受到复杂的基因网络调控,许多开花相关基因通过可变剪接产生多种转录本,调控开花时间。文中从多个角度系统地综述了可变剪接调控植物开花的分子机制,并对将来的研究进行了展望。     

植物开花时间：自然变异与遗传分化

开花时间是植物的重要生活史性状。对模式植物的研究表明： 从感受内外环境信号开始到最终分化形成功能性花器官的过程涉及复杂的信号转导途径和调控网络; 开花时间受多种因子的调控, 而FT基因作为整合途径成分起到非常关键的作用。植物的花期变异在物种、群体和个体水平上具有复杂的自然变异模式, 且不同植物的花期变异随全球环境变化而具有不同的变异趋势。植物个体之间通过传粉进行的基因交流需要功能性开花时间的一致或重叠, 而花期变异会导致群体之间或群体内部亚群体之间的基因流障碍和遗传分化, 并可能导致邻域或同域的物种形成。该文分析了植物花期变异与群体遗传分化的关系, 认为决定开花时间的基因在物种分化中可能起到关键的作用, 而对开花时间自然变异模式的研究对于揭示晚近分化快速辐射物种的进化模式具有重要意义。     

植物开花时间: 自然变异与遗传分化

开花时间是植物的重要生活史性状。对模式植物的研究表明: 从感受内外环境信号开始到最终分化形成功能性花器官的过程涉及复杂的信号转导途径和调控网络; 开花时间受多种因子的调控, 而FT基因作为整合途径成分起到非常关键的作用。植物的花期变异在物种、群体和个体水平上具有复杂的自然变异模式, 且不同植物的花期变异随全球环境变化而具有不同的变异趋势。植物个体之间通过传粉进行的基因交流需要功能性开花时间的一致或重叠, 而花期变异会导致群体之间或群体内部亚群体之间的基因流障碍和遗传分化, 并可能导致邻域或同域的物种形成。该文分析了植物花期变异与群体遗传分化的关系, 认为决定开花时间的基因在物种分化中可能起到关键的作用, 而对开花时间自然变异模式的研究对于揭示晚近分化快速辐射物种的进化模式具有重要意义。     

拟南芥开花时间调控的研究进展

调控开花时间是大多数植物由营养生长向生殖生长转化的一个重要生长发育过程.影响拟南芥开花时间的因素有很多,其中光照和温度是两个主要的外部因素,而赤霉素(GA)和一些自主性因子是主要的内部因素.目前,一般按照对以上因素的反应将晚花突变体归于四条开花调控途径:光周期途径、春化途径、自主途径和GA途径.在不断变化的外部环境条件和内部生理条件下,这些途径通过一些主要的整合基因如SOC1、FT、LFY等实现了对拟南芥开花时间的精确调控.     

高等植物开花时程的调控与光受体Ⅰ.开花时程的基因与光受体调控

系统评述了高等植物开花时程的调控与植物光受体的联系.重点说明了控制开花时程的遗传途径以及光周期途径的有关基因的研究进展.影响高等植物开花的最重要的因子之一便是光周期,光周期对高等植物开花的调控是通过相关基因间的相互作用来实现的,这些基因包括参与花启动发育控制基因,昼夜节律时间钟调控基因及光受体信号转导基因.近5年左右的时间通过对拟南芥及其一系列突变体的研究为我们展示了这一热门领域的广阔的前景.     

研发动态

新加坡发现植物开花的"按钮"新加坡国立大学的研究人员发现了植物开花的基因"按钮",有望在未来"调控"植物的开花时间,加快作物在不同环境下开花结果的速度,以增加作物产量。以往的研究显示,植物会通过叶子接受光信号,并传递一种叫"开花素"的信号至茎端,从而使植物开花。     

植物开花的组蛋白甲基化调控分子机理

开花是指植物从营养生长转变到生殖生长的生理过程, 是植物个体发育和后代繁衍的中心环节, 既受遗传基础决定,同时又受到温度和光周期等多种环境因素的调控。在拟南芥中, 已经分离了大量的与开花相关的基因, 从遗传学上已初步形成了一个开花调控的网络。组蛋白甲基化是植物发育过程的重要调节方式, 近年来关于其参与开花调控的研究有了重要进展。本文综述了具有代表性的组蛋白H3赖氨酸甲基化修饰参与调控植物开花发育的机制, 提出该研究领域的发展方向和前景。     

FLC调控植物成花的分子机制研究新进展

FLC是植物成花关键抑制因子, 主要通过结合到其下游2个关键的成花促进基因(FT和SOC1)启动子上而抑制二者的表达。此外, 还可以与其它调控因子结合调控开花。然而, 关于FLC在成花调控中的具体分子机制仍需深入研究。该文主要结合8条成花调控遗传途径, 梳理近年来与FLC相关的新进展, 并展望了未来的研究方向。     

水稻开花光周期调控相关基因研究进展

水稻开花调控是一个极其复杂的生命过程,由自身遗传因素和外界环境共同决定。光周期途径是调控水稻开花的关键途径,在这个途径中成花素基因Hd3a和RTF1处于核心地位,其上游调控途径主要包括Hd1依赖途径、Ehd1依赖途径及不依赖于Hd1和Ehd1的途径。这3条途径在汇集了光信号的各种信息后,将信号在Hd3a和RTF1处整合,并通过成花素形式将信息传递给下游开花基因,调控水稻开花。本文从成花素、光信号感受基因和昼夜节律基因、成花素上游调控基因、互作蛋白和下游调控基因等几方面阐述水稻开花光周期调控相关基因的研究现状,为水稻开花调控的深入研究提供参考。     

Salicylic acid regulates flowering time and links defence responses and reproductive development

Flowering relies on signaling networks that integrate endogenous and external cues. Normally, plants flower at a particular season, reflecting day length and/or temperature cues. However, plants can surpass this seasonal regulation and show precocious flowering under stress environmental conditions. Here, we show that UV-C light stress activates the transition to flowering in Arabidopsis thaliana through salicylic acid (SA). Moreover, SA also regulates flowering time in non-stressed plants, as SA-deficient plants are late flowering. The regulation of flowering time by SA seems to involve the photoperiod and autonomous pathways, but it does not require the function of the flowering time genes CONSTANS (CO), FCA, or FLOWERING LOCUS C (FLC).     

EARLY FLOWERING 5 acts as a floral repressor in Arabidopsis

EARLY FLOWERING 5 (ELF5) is a single-copy gene involved in flowering time regulation in Arabidopsis. ELF5 encodes a nuclear-targeted protein that is related to the human nuclear protein containing a WW domain (Npw)38-binding protein (NpwBP). Lesions in ELF5 cause early flowering in both long days and short days. elf5 mutations partially suppress the late flowering of both autonomous-pathway mutants and FRIGIDA (FRI)-containing lines by reducing the expression of FLOWERING LOCUS C (FLC), a floral repressor upon which many of the flowering pathways converge. elf5 mutations also partially suppress photoperiod-pathway mutants, and this, along with the ability of elf5 mutations to cause early flowering in short days, indicates that ELF5 also affects flowering independently of FLC.     

高等植物开花诱导研究进展

高等植物由营养生长向生殖生长转换的过程称为开花诱导。开花诱导过程由遗传和外界环境两个因素决定, 受错综复杂的网络信号传导途径调控。近年来, 在双子叶模式植物拟南芥中, 开花诱导研究取得了很大进展, 探明了控制开花诱导的4条主要途径(光周期途径、春化途径、自主途径和GA途径)及调控机制。研究也表明, 开花基因在拟南芥、水稻以及其他高等植物之间具有很高的保守性。文章对相关研究的最新进展作一综述, 并指出了目前研究中存在的问题及相应的研究对策。     

The rhythmic expression of genes controlling flowering time in southern and northern populations of invasive Ambrosia artemisiifolia

Aims Flowering time has been suggested to be an important adaptive trait during the dispersal of invasive species, and identifying the molecular mechanisms underlying flowering time may provide insight into the local adaptation during the process of invasion. Here, we conducted a preliminary exploration on the genetic basis of the differentiation of flowering time in Ambrosia artemisiifolia .Methods Using relative real-time fluorescent quantitative polymerase chain reaction, we investigated the expression levels of eight flowering-related genes, including AP1, FT, SOC1, CRY2, FKF1, GI, CO2 and SPY, in leaves and flowers at different time points in individuals from northern Beijing and southern Wuhan populations that exhibit significant differences in flowering times to identify any rhythmic changes in gene expression and their association with differential flowering times.Important findings The differentiation of flowering time in the A. artemisiifolia populations was closely associated with five genes involved in flowering pathways. The floral pathway integrators FT and SOC1 and floral meristem identity gene AP1 exhibited increased expression during flowering. The photoreceptor CRY2 in the light-dependent pathway and the SPY gene in the gibberellin pathway displayed specific expression patterns over time. In earlier-flowering Beijing plants, CRY2 expression was lower and SPY expression was higher than in Wuhan plants. The expression patterns of these five genes suggest a molecular basis for the differentiation of flowering time in A. artemisiifolia .     

Does CK2 affect flowering time by modulating the autonomous pathway in Arabidopsis?

CK2 (Casein kinase II), a ubiquitous Ser/Thr kinase, affects multiple developmental and stress response pathways in Arabidopsis, including flowering time under both long- and short-day conditions through the photoperiod and autonomous pathways. CK2 phosphorylates central clock components, CCA1 and LHY, to modulate circadian clock that regulates flowering time through the photoperiod pathway. However, how CK2 regulates flowering time through the autonomous pathway is still unknown. Analyses of phosphorylation sites using several prediction softwares show that most of the autonomous pathway components have multiple CK2 phosphorylation sites. CK2 might phosphorylate any or all of these components to modulate their activity/stability resulting in altered expression of FLC that drives flowering time through the autonomous pathway.     

观赏植物花期调控途径及其分子机制

开花期控制对观赏植物的生产和应用具有重要意义。目前关于高等植物成花机理的研究已经取得了突破性进展,为观赏植物花期调控开辟了新途径。该文总结了观赏植物花期调控的途径和方法,并对改良观赏植物花期的技术思路做了初步分析。通过与高等植物成花机制研究的对比分析发现,观赏植物开花机理的研究已有了长足发展,一些观赏植物的转基因研究也取得了丰硕成果。利用分子设计育种途径改良观赏植物的开花期,突破了传统方法的局限性,其研究和应用前景非常广阔。