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为何植物开花有早晚 科学家找到调控花期的开关

来源:科技日报2020-12-02 09:34

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  自然界很神奇,不同植物的开花时间不一样,到底是什么神奇的力量在调控开花时间?科学家们一直在探寻这个奥秘。

  记者11月30日从安徽农业大学了解到,该校生命科学学院植物抗逆育种与减灾国家地方联合工程实验室李培金课题组,通过研究揭示了拟南芥花期自然变异的调控新机制。这一研究成果日前发表在著名国际刊物《自然·通讯》上。

  开花时间是关键的农艺性状,对植物产量和品质有着重要影响。一般来说,每种植物都有最佳花期,在此期间开花,就能实现稳产高产。但如果花期提前或者滞后,就会给产量带来不良影响。

  李培金给记者举了一个例子,玉米在开花时期对高温异常敏感,如果在7月份高温天气开花,会导致雌雄花期不协调和授粉失败,严重时颗粒无收,给农业生产带来重大损失。因此解析植物的开花机制,对植物分子辅助育种,提高作物产量具有重要的现实意义。

  植物进化是一个漫长的过程,同一类植物分布在不同的区域,为了适应不同的环境,在进化过程中遗传基因会发生不同的变化,出现丰富的自然变异,从而维持了各种花期类型,这种现象在模式植物拟南芥中非常普遍,是遗传多样性的一个重要特征。

  有研究发现,FRIGIDA (FRI)和FLOWERING LOCUS C(FLC)是抑制植物开花的两个关键基因。比如,冬小麦之所以需要过冬,主要是因为FRI和FLC的同源基因表达水平很高,抑制了冬小麦开花,经过秋冬两季长时间的低温,FLC表达水平就会慢慢下降,等到来年春天,随着气温的逐步升高,冬小麦才得以开花结果。同时,只有在FRI和FLC共存的情况下,才能发挥抑制开花的功能,任何一个基因的缺失都会导致植物早开花。

  在不同类型的拟南芥中,FLC的表达水平有很大差异。李培金课题团队对世界范围内的102种拟南芥的FLC基因的表达水平进行了定量分析,通过全基因组关联分析技术筛选出一个花期调控关键基因SSF。SSF基因编码的蛋白质担负着调控花期的功能。通过进一步研究发现,SSF基因编码的蛋白质具有两个变异类型——SSF414D和SSF414N。植物体广泛存在的蛋白泛素化修饰和降解系统能识别这两种蛋白质,并调控SSF蛋白质水平的高低,从而影响开花抑制基因FLC的表达水平,导致植物花期发生改变。

  李培金解释说,SSF基因的两种变异类型很神奇,SSF414D和SSF414N虽然都能抑制植物开花,但414D功能更强更明显,414N相对表现不明显。414D主要存在于北方的植物中,相对来讲可以使植物晚开花,适应北方的寒冷气候;而414N主要存在于南方的植物中,相对来讲调控植物早花,以适应南方较为温和的生长环境。

  在以往的研究中,SSF基因多次被发现,但这个基因如何发挥功能一直不清楚,分子调控机制更是未知,这项研究成果首次解决了这个难题,并深入揭示了基因自然变异调控植物生育期的新机制,为植物分子育种提供了重要基因资源和理论依据。(记者 吴长锋)

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