温度和光周期对水稻抽穗期调控的交互作用

光周期和温度是植物开花的2个关键的调控因素,植物成花转变决定于植物对光周期和温度变化的精确测量.作为短日照植物,水稻在长日低温条件下抽穗期推迟,为了阐明温度和光周期对水稻开花时间的调控效应,本文利用1个光周期不敏感的突变体及其野生型,系统地分析了不同温度和光周期处理条件下,调控水稻开花时间几个关键基因（Hd3a,RFT1,Ehd1,Ghd7,RID1/Ehd2/OsId1,Se5）的表达调控模式,结果表明Ehd1-Hd3a/RFT1通路在光周期和温度调控水稻开花途径中保守.Ehd1,Hd3a和RFT1的表达在低温（23℃）条件下急剧下降,表明Ehd1,Hd3a和RFT1表达阻抑是低温条件下水稻开花推迟的主要原因.另外,在长日照条件下,低温（23℃）处理促进了水稻开花抑制子Ghd7的表达,表明低温条件和长日照条件对Ghd7的表达具有协同作用.此外,本文还分析了Hd1与光周期开花调控途径中几个关键基因的调控关系,发现Hd1在长日照条件下负向调控Ehd1的表达而正向调控Ghd7的表达,表明在长日照条件下,Hd1-Ghd7-Ehd1-RFT1通路也是水稻抽穗期调控的一条重要途径.     

光周期途径核心因子CO的开花调控机制

CONSTANS（CO）基因是生物钟和开花时间基因之间监测日照长度的重要元件,在光周期途径中发挥核心功能。CO可以整合光信号和生物钟信号,诱导开花途径整合子FLOWERINGLOCUST（F即和SUPPRESSOROF OVEREXPRESSION OF CONSTANS 1（SOC1）的表达,进而促进植株开花。本文综述CO基因的开花调控机制,并结合CO基因的研究现状展望了其未来的研究方向。     

光周期影响植物花时的分子机制

日长感知是植物所具有的重要的生物学功能,光周期是决定植物开花时间的关键环境因子之一。光周期的暗期长度是决定植物成花的决定因素。通过形态学和遗传学研究,揭示了光周期敏感的一些遗传特性,并确定了光敏感指数的标准。构建了光周期性状相关的分子标记连锁图谱,是进行基因定位、克隆和分子标记辅助选择的重要基础工作,也是进行光周期机理研究的有效途径。通过模式植物拟南芥的研究,建立了一个长日促进开花的遗传途径。它的机理可以综合为:光和感光信息体系结合产生信号并传导,CO表达被激活。在每日日长循环、光体系及遗传背景的变化基础上,如果CO的表达和日长状况协调,那么CO激活FT表达,随后开花。水稻、小麦、玉米等作物在光周期机理研究方面也取得了一些进展。     

国外大刊重要论文简介

通过比较双突变体和三突变体分析拟南芥中控制开花时间的模型ＲｅｅｖｅｓＰＨ ,ＣｏｕｐｌａｎｄＧＰｌａｎｔＰｈｙｓｉｏｌｏｇｙ 2 0 0 1 ,1 2 6:1 0 85～ 1 0 91在长日照光周期条件下 ,拟南芥中诱导开花的遗传途径至少有三条 ,即 :长日照途径、自主途径和赤霉素依赖途径 ,     

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.     

拟南芥光周期开花突变体的筛选和基因的鉴定

以双子叶模式植物拟南芥（Arabidopsis thaliana）突变体crylcry2为实验材料,用舍有激活标记质粒DSK1015的农杆菌浸花进行转化,构建了拟南芥T-DNA插入突变体库．通过筛选和观察分析,获得了一些开花时间比crylcry2明显延迟或明显提早的突变体．采用IPCR（inverse PCR）和TAIL-PCR（thermal asymmetric interlaced PCR）等方法,鉴定了这些突变体T-DNA插入位点的基因组旁邻序列,并采用半定量RT-PCR对插入位点两侧基因的mRNA水平进行了分析,初步鉴定了与开花相关的候选基因,为进一步研究其功能,深入研究隐花素调节光周期开花的作用机制奠定了基础．     

耐盐野生大豆(Glycine soja)的光周期效应

以原产山东东营的耐盐野生大豆为材料 ,观察了不同日长和不同光周期数处理对植株开花时间、数量、结荚率、鼓粒率以及生长和光合速率的影响 :(1)短日照处理促进野生大豆开花 ,其开花临界日长是 13h ;(2 )在 8h日长处理条件下野生大豆开花所需最小光周期数是 10个 ,且随着处理光周期数的增加 ,促进开花和开花后发育的效应有逐步增强的趋势 ,不足的光周期数处理可以引起成花逆转现象 ;(3)经短日处理的野生大豆植株生长减慢、光合速率降低 ,且随着日长缩短 ,生长和光合速率的下降程度增加     

大豆开花后光周期反应的研究

利用中国大豆主要生态区的生育期不同的代表品种研究了大豆（Ｇｌｙｃｉｎｅ ｍ ａｘ （Ｌ．）Ｍｅｒｒ．）开花后对光照长度的反应． 结果表明,不同成熟期的大豆品种开花后普遍存在着对光照长度的反应．这种反应属于典型的光周期现象,而不是由温度的替代作用、光合时间的改变或前期短日后效应引起的．开花后光周期反应不仅存在于大豆的花荚期,而且存在于鼓粒期．研究认为∶大豆开花结实对光周期的需求是一个连续过程;光周期对大豆生育期的调控作用存在于出苗至成熟的全过程;光周期诱导开花和促进成熟的作用有一定的共同性;光周期诱导效果具有持效性和可逆性     

拟南芥SUA41基因的表达和功能分析

植物的开花受多条途径的控制, 其中包括光周期途径、春化途径、赤霉素途径、自主途径和温敏途径。SUA41(SUMO substrate in Arabidopsis 41)是本实验室筛选到的、SUMO(Small ubiquitin modifier)的潜在底物, 并且前人的研究发现它参与自主途径的开花调节, 但其对开花时间的调节机制没有详细报道。文章对SUA41基因的表达、sua41突变体对不同环境条件的反应以及SUA41对开花时间调节的可能机制进行初步分析。结果显示, 与野生型相比, sua41突变体在常温或低温、长日或者短日条件下均为早花, 并且在低温和常温下的开花时间没有太大差别。过表达SUA41能够恢复sua41突变体的早花表型。SUA41基因在拟南芥的幼苗、根、茎、叶和花以及各个植物发育阶段都有表达, 说明SUA41基因是一个组成型表达基因。SUA41基因的表达与GA处理无关, 长日低温条件能够诱导SUA41基因的表达, 且在温敏途径突变体fve和fca中SUA41基因的表达量减少。与野生型比较, sua41突变体中CO基因的mRNA表达量没有明显变化, FT和SOC1基因表达量增加且FT增加幅度更大, FLC的mRNA表达量减少。结果表明SUA41基因虽然在自主途径中起作用, 但主要在温敏途径中参与拟南芥开花时间调节。     

中华通草蛉自然越冬成虫在长、 短光周期下滞育解除中体内相关酶活力变化

光周期信号在昆虫的环境适应中发挥着重要作用, 昆虫能够通过感受光周期的变化来调节体内生理生化过程, 以适应环境的变化。为明确光周期对中华通草蛉Chrysoperla sinica越冬成虫滞育解除过程中酶活力的影响, 本研究测定了长光周期（15L∶9D）和短光周期（9L∶15D）条件下, 成虫体内过氧化氢酶（CAT）、 超氧化物歧化酶（SOD）、 Na⁺K⁺-ATP酶和乳酸脱氢酶（LDH） 4种重要酶活力的变化。结果表明： 中华通草蛉雌、 雄成虫CAT活性在长光周期处理5 d达最高值后呈下降趋势; 短光周期处理CAT活性在处理5 d达最高值, 且高于长光周期处理, 在处理10 d迅速下降至最低值, 且均显著低于长光周期处理的CAT活性（P=0.005）, 后迅速上升并在处理15 d （P<0.05）和20 d （P<0.005）活性显著高于长光周期处理。雌、 雄成虫SOD活性在长光周期下处理10 d达最高值, 且显著高于对照（P<0.001）, 且除处理5 d雄虫SOD活性与对照无显著性差异外（P=0.558）其余处理活性均显著低于对照（P<0.05）。雌成虫长光周期处理5 d 的SOD活性显著低于短光周期（P<0.001）, 其余处理活性均显著高于短光周期; 雄成虫长光周期下处理的SOD活性均高于短光周期下, 且处理5 d （P=0.04）, 15 d （P<0.001）和20 d （P=0.003）的活性差异显著。两种光周期条件下雌、 雄成虫Na⁺K⁺-ATP酶活性随处理时间延长呈上升-下降-上升趋势, 且均显著高于处理0 d成虫酶活性（P<0.001）; 短光周期处理不同时间Na⁺K⁺-ATP酶活性均高于长光周期处理, 且除雄成虫处理15 d无显著性差异（P=0.142）外, 其余均差异显著（P<0.05）。两种光周期条件下雌、 雄成虫LDH活性随处理时间延长呈下降趋势, 且均显著低于对照（P<0.001）。中华通草蛉越冬成虫在长、 短两种光周期条件下体内酶活力的差异可能是影响两种光周期下成虫滞育解除过程中体内不同生化物质含量与生殖状态的重要因子。     

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.     

光周期对春石斛开花及多胺含量的影响

以春石斛为试材,研究光周期对其开花及多胺（腐胺、亚精胺和精胺）含量的影响,以期了解春石斛开花的光周期特性以及期间能源物质多胺的变化规律。结果显示,春石斛短日照处理植株开花较长日照处理的提前约18d,为称量性短日照植物;同时,短日照处理植株的花芽多,开花量犬,花径较长日照大。不同光周期诱导开花过程中,春石斛叶片内腐胺含量最高,波动较大,短日照处理下基本维持比长日照高的水平。亚精胺含量其次,且随生长发育逐渐升高,短日照处理下一直保持比长日照高的水平。精胺含量最低,变化不大,短日照下保持与长日照相同或略高的水平。由此推测,春石斛为称量性短日照植物,高水平的腐胺和亚精胺可能与春石斛花芽的形成有关。     

基于光周期和温度的物候模型对华北平原刺槐始花期的模拟

光周期和温度是影响木本植物开花的两大关键气象因素。基于我国华北平原1963-2018年57个站点的刺槐始花期实测数据,构建了6种基于气温或光周期驱动的春季物候过程模型(积温模型、光周期模型、光周期-温度顺序模型、温度-光周期顺序模型、光周期-温度平行模型、光周期-温度乘法模型),并进行了参数率定和模型比较优选,以期明确刺槐开花的主导驱动因子以及潜在的光温作用机制。根据内部模拟的赤池信息准则(AIC)判定光周期-温度顺序模型的表现最佳,模拟值与观测值的相关系数(r)为0.86,均方根误差(RMSE)为4.81d,纳什效率系数(NSE)达到0.74,说明刺槐始花期的发生同时受到光周期和温度的作用。同时,在华北平原14个代表性站点上,光周期-温度顺序模型的表现普遍优于均值模型。基于光周期-温度顺序模型的参数率定结果,以下限温度6.5℃和下限日长4.5h来统计刺槐开花的实际有效积温量和实际有效日长累积量的年际变化情况,结果表明56年来刺槐开花的实际有效积温量呈现显著递增趋势,平均每10年增加4.5℃ · d(P ＜ 0.05),而实际有效日长累积量却呈现极显著递减趋势,平均每10年减少23.9h · d(P ＜ 0.01),这说明在气候变暖背景下,刺槐开花的热量需求会更快速完成,引起刺槐开花日期的提前,但自然光周期的年内变化只与地理位置有关,日长累积需求则需要更长的时间完成,因此会在一定程度上抑制春季升温引起的开花日期提前。     

拟南芥F-box蛋白FKF1与转录因子FUL互作调控开花研究

F-box蛋白FLAVIN-BINDING KELCH REPEAT F-BOX 1(FKF1)参与调控拟南芥光周期开花,但其分子机制尚不完全清楚。本研究通过体内和体外实验,证明FKF1与转录因子FRUITFULL(FUL)相互作用。qRT-PCR和Western blot结果显示,FKF1正调节FUL的转录水平,但不影响FUL蛋白的稳定性。遗传分析结果显示,35S-FKF1-Myc / ful-8双突变体的开花表型以及开花基因FLOWERING LOCUS T(FT)的转录水平与ful-8突变体相一致。研究结果表明FKF1可通过与FUL互作,在FUL的上游促进FT表达,进而促进开花。     

免疫测定光敏核不育水稻中光敏色素I含量

光敏核不育水稻（农垦58S）是中国水稻研究中的一个重要发现,水稻杂交育种上有巨大潜力。研究表明：农垦58S的雄性不育性受光周期调控,光敏色素是育性转变过程中光周期反应的光受体。然而,鉴于高等植物中存在至少两种不同的光敏色素分子,并且它们同时存在水稻中,人们对调节农垦58S雄性不育过程的光敏色素分子种类及作用方式仍然不清楚。本文采用酶联免疫吸附测定法（ELISA）,比较了不同光周期下农垦58S和对照品种农垦58叶片（光周期感受器官）中光敏色素（phyA）的含量。从农垦58S的二次技梗原基分化期开始,进行10天的光周期处理,一组为短日照（SD）,另一组为长日照（LD）。在第10个暗期结束前,于暗绿光下收获每株水稻的最上部两片新展叶,立即保存在液氮中。样品在研钵中磨成液氮粉,然后加入提取液（含50mmol/LTris-HCI和0．2mol／L巯基乙醇,pH8．5）匀浆。粗提液经0．5％聚乙烯亚胺（PEI）沉淀一,上清液供ELISA分析。以燕麦phyA的多克隆隆抗体、单克隆抗体分别作ELISA的一抗和检测抗体。供ELISA分析。以燕麦phyA的多克隆抗体、单克隆抗体分别作ELISA的一抗和检测抗体。采用ELISA可以专一性地检测水稻phyA(Table1)。几次独立的实验说明,光周期处理对phyA含量有较大的影响。要相同的光周期下,农垦58S的phyA在较长时间暗期中的合成速度明显比农垦58快,这证实了前人的推测,即农垦58S甲基化程度较低的phyA基因的表达可能比农垦59更活跃。许多研究指出,pohyA含量的高低必然影响有关的生理过程。两种基因型相同的大麦品种对光周期、远红光（FR）敏感性的不同反应正是phyA含量差异所致。因此,SD下叶片积累较多的phA可能是农垦58S花粉育性恢复所必需的。另外,在农垦58S育性转变敏感期内每天的光周期结束时（EOD）进行短暂（15分钟）的FR照射实验,以推测光敏色素(PhyB)在育性转变中的作用,因为EODFR反应由phyB介导。10次EODFR处理后,农垦58S的抽穗、开花期均比SD对照相应地推迟2天。这与穗、开花（LD效应）,其花粉败育、种了结实率却没有变化（图1）,说明开花与花粉育性的调控机制有所不同。从上述结果我们认为,可能是phyA,而不是pohyB参与光周期诱导的农垦58s花粉育性转变过程,并且phyA可能通过其含量的变化起调节作用;phyB与水稻的抽穗、开花等现象有关。农垦58S可能通过其含量的变化起调节作用;phyB与水稻的抽穗、开花等现象有关。农垦58s控制花粉正常发育的phyA信号传导链可能存在某些缺陷,从而导致对光周期的敏感性增加,SD下积累较多的phyA则可以弥补这些缺陷。     

光敏核不育水稻开花和育性转变不同的光反应

从光敏核不育水稻"农垦585"幼穗分化至二次枝梗期开始,在每天的短日照光期（10h日光）结束、暗期开始时（EOD）进行15d的远红光（FR）照射实验,以比较开花、育性转变过程对短暂的远红光（FR）或红光（R）的反应。EODFR明显抑制水稻植株开花（穗分化）,导致"农垦585"和原种"农垦58"的抽穗期均比短日照下推退7d,表现为长日照效应,而"农垦58S"的结实率与原种相比却无显著变化。这暗示诱导农垦58S开花、育性转变过程的光反应可能有差异,前者不仅与光周期有关,且受EODFR的剧烈影响,而育性主要受光周期（临界暗期）控制,基本上不受EODFR的调控。     

高羊茅FaCONSTANS基因的表达及功能分析

植物由营养生长向生殖生长转变过程中光周期调控起着重要的作用.CONSTANS (CO)是光周期途径中的特有基因,为探讨高羊茅FaCONSTANS(FaCO)基因响应日照长短从而启动植物开花的机理,利用实时荧光定量qRT-PCR技术分析在长日照、短日照、持续光照、持续黑暗条件下FaCO基因的表达水平.构建过表达载体p13...     

水稻长日照开花因子Lfm1的图位克隆

开花期是水稻最重要的农艺性状之一,水稻的花期决定着水稻的地区适应性和最终产量。人工选择使水稻从短日照向长日照、低纬度向高纬度扩张,因此水稻已逐渐进化出适应长日照条件下的开花调控机制。目前,虽然鉴定了一些影响水稻长日照的开花基因如SDG724、RFT1、EHD4、DTH2,但是挖掘水稻长日照开花基因还十分有限。本研究通过筛选水稻突变体库,获得一批在长日照下花期有显著差异的突变体材料,其中一份突变体lfm1(late-flowering mutant1),在长日照条件下开花延迟,在短日照条件下开花时间正常。通过图位克隆,将Lfm1基因初定位至第8染色体端粒附近。进一步的精细定位将Lfm1基因定位于分子标记8-0.269和与8-0.283之间,范围为12 kb,该区域包括3个候选基因。经测序分析发现,在突变体lfm1中,LOC_Os08g01420基因的第六外显子2800处缺失9个碱基,突变体lfm1等位于已报道的突变体ehd3。在适度(中日照条件下,~12 h/12 h)的光照条件下,突变体lfm1表现为穗粒数增多,生育期略延长,具有应用于生产的潜力。Lfm1基因的克隆为培育适应不同生态区域的水稻材料提供了重要的基因资源。     

AtCPL1调控拟南芥开花的机制

RNA聚合酶II CTD磷酸化酶1 (CPL1)作为影响RNA聚合酶II磷酸化水平的重要因子, 在植物逆境响应、离子吸收以及成花诱导等生命过程中扮演重要角色。为深入探究CPL1参与植物开花时间调控的作用机制, 以拟南芥(Arabidopsis thaliana) AtCPL1突变体cpl1-3和fry2-1为研究材料, 观察了长日照条件下突变体与野生型的开花时间, 并利用荧光定量PCR技术对突变体中开花相关基因的表达情况进行了检测。结果表明: 在长日照条件下, 突变体cpl1-3和fry2-1抽薹时的莲座叶数目均显著多于野生型, 且表现出明显的开花时间延迟现象; 荧光定量PCR分析显示, 突变体cpl1-3和fry2-1中开花抑制因子miR156a、TOEs和SMZ基因的表达量较野生型显著升高, 而开花促进因子FT、FD、CO和miR172基因的表达量则显著降低。由此推测, AtCPL1通过调控miR156和miR172的表达水平进而影响下游开花相关基因TOEs、SMZ、FT、FD及CO等的表达, 从而实现对拟南芥开花时间的调控。     

光周期对毕氏海蓬子(Salicornia bigelovii Torr.)开花的影响

对毕氏海蓬子分别进行了不同日照长度处理及不同光周期数的短日照处理,发现:(1)毕氏海蓬子开花的临界日长为15 h;(2)在光照8 h/d处理条件下,毕氏海蓬子开花所需最少光周期数为13;(3)经过13～18个短日照(8 h光照/d)光周期数处理,再移至长日照(17 h光照/d)条件下,有成花逆转现象.