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中国科院研究植物开花调控分子与遗传机制取得重要突破

时间:2017-11-28  来源:  编辑:  浏览:1363次
专家认为,植物开花调控分子与遗传机的研究揭示了冷记忆顺式DNA元件与其识别蛋白在开花调控中发挥的重要功能,是植物开花调控分子机制的重要进展。该研究不仅在表观遗传修饰调控植物开花的分子机制上迈出了关键的一步,同时也为其在花期调控的生产应用提供了新的作用靶点。

开花是高等植物生长繁殖过程中重要的生理现象,是植物由营养生长进入生殖生长的标志。长期以来,植物通过进化形成了复杂精确的机制,以响应内源信号与环境变化来调控开花时间。

在国家重点研发计划“蛋白质机器与生命过程调控”重点专项的支持下,“光信号参与高等植物生长发育调控的蛋白质机器鉴定及作用机制研究”项目取得突破进展,发现了植物开花调控分子与遗传新机制。

春化作用是指某些植物必须经历一段时间的?#20013;?#20302;温才能由营养生长阶段转入生殖阶段生长的现象。植物如何响应并记忆长时间的低温处理,即春化作用,一直是表观遗传学和发育生物学研究的热点。解析植物如何响应冬季低温,并在春季气温上升后能“记住”其冬季低温经历、以响应光照长度的增长而适时开花的分子机制,具有重要的理论和实际应用价值。

先前的研究表明,拟南芥的开花受到FLC基因的抑制。在低?#32511;?#20214;下,包裹在该基因周围的组蛋白被逐步修饰,进而导致该基因的表达关闭,最终让植物在气温上升后,能从发育的“生长”阶段切换到“开花”阶段。

研究人员进一步发现一个顺式DNA元件与一个识别该元件并同时识别组蛋白标记的反式蛋白协同介导低温抑制FLC的表达。这一顺式元件与其反式蛋白的互作亦使植物在气温上升后能“记忆”低温诱导的FLC沉默,而使植物只在温暖的季节开花。

中国科学院上海生命科学研究院何跃辉研究组在前期研究基础上,发现了植物营养生长期的‘胚胎记忆’现象及调控这一现象的表观遗传机理。幼苗期的植株在经历冬季低温后,即使春季气温已回升,抑制开花关键基因FLOWERING LOCUS C (FLC)一直保?#27542;?#40664;状态直到?#29031;?#26102;间增长诱导植物开花;在种子发育早期FLC被重新激活,从而抑制植物开花。FLC激活状态会传递到幼苗,这样就形成了幼苗期的‘胚胎记忆’(好比成年人的?#36164;?#35760;忆)。秋季的幼苗中FLC处于激活状态,有效防止植物在过冬前或过冬时开花。该研究不仅具有重要的理论意义,同时为温光调控作物花期的生产应用中提供了新的作用靶点。相关成果于2017年10月26日在线发表于Nature杂志。

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