為什么植物遲早會開花？科學(xué)家們找到了一個調(diào)節(jié)開花的開關(guān)
大自然很神奇，不同植物的開花時間不同，到底是什么神奇的力量在調(diào)節(jié)開花時間呢？科學(xué)家們一直在探索這個謎團。
記者于11月30日從安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)獲悉，生命科學(xué)學(xué)院植物抗逆減災(zāi)地方聯(lián)合工程實驗室李培金揭示了調(diào)控擬南芥開花期自然變異的新機制，研究成果日前發(fā)表在國際著名刊物"自然通訊"上。
開花時間是影響植物產(chǎn)量和品質(zhì)的一個關(guān)鍵農(nóng)藝性狀。一般來說，每株開花的時期都是最好的，花期可以達到穩(wěn)定的產(chǎn)量和高產(chǎn)。但是，如果花期提前或落后，就會對產(chǎn)量產(chǎn)生負面影響。
李培金給記者舉了一個例子，玉米開花時對高溫極為敏感，7月份的高溫天氣開花會導(dǎo)致雌雄不協(xié)調(diào)，授粉失敗，嚴重的情況下不會有谷粒，給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來很大的損失，因此，分析植物分子輔助育種的開花機理，提高作物產(chǎn)量，具有重要的現(xiàn)實意義。
植物進化是一個漫長的過程，同一種植物分布在不同的區(qū)域，為了適應(yīng)不同的環(huán)境，遺傳基因在進化過程中會有不同的變化，自然變異豐富，從而保持著多種開花類型。這種現(xiàn)象在擬南芥模型植物中非常普遍，是遺傳多樣性的一個重要特征。
我們發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)RIGIDA(Fri)和FLOWERINGLOCUSC(FLC)是抑制植物開花的兩個關(guān)鍵基因。例如，冬小麥之所以需要過冬，主要是因為FRI和FLC的同源基因表達水平很高，制約了冬小麥的開花。經(jīng)過長時間的低溫處理后，F(xiàn)LC的表達水平將緩慢下降。直到明年春天，隨著氣溫的逐漸升高，冬小麥可以開花并結(jié)出果實。同時，只有當FRI和FLC共存時，才能起到抑制開花的作用，任何基因的缺失都會導(dǎo)致植物提早開花。
FLC在不同類型擬南芥中的表達水平有很大差異。李培金小組定量分析了全世界102種擬南芥中FLC基因的表達水平，并通過全基因組關(guān)聯(lián)分析篩選出一個調(diào)控開花的關(guān)鍵基因SSF。SSF基因編碼的蛋白負責調(diào)節(jié)開花。通過進一步的研究發(fā)現(xiàn)，SSF基因編碼的蛋白質(zhì)有兩種類型的變異-SSF414D和SSF414N。泛素修飾和降解系統(tǒng)廣泛存在于植物中，能夠識別這兩種蛋白并調(diào)節(jié)SSF蛋白的水平，從而影響開花抑制基因FLC的表達水平，并導(dǎo)致植物開花期的變化。
李培金解釋說，SSF基因的兩種變異都是神奇的。雖然SSF414D和SSF414N都能抑制植物開花，但414 D的功能更強、更明顯，而414 D的相對表現(xiàn)不明顯。414 D主要存在于北方的植物中，使植物在北方開花較晚，適應(yīng)寒冷的氣候，而440 N主要存在于南方的植物中，相對調(diào)節(jié)植物的早花，以適應(yīng)南方的擠奶生長環(huán)境。
在以往的研究中，SSF基因已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)了很多次，但是該基因的功能還不清楚，分子調(diào)控機制甚至還不清楚，這一研究結(jié)果首次解決了這一問題，并深入揭示了基因自然變異調(diào)控植物生育期的新機制，為植物分子育種提供了重要的基因資源和理論依據(jù)。
