【综述】拟南芥光周期开花的多层级调控机制

2023年1月20日，华盛顿大学Takato Imaizumi课题组在Plant Communications上发表题为“Photoperiodic flowering in Arabidopsis: Multilayered regulatory mechanisms of CONSTANS and the florigen FLOWERING LOCUS T”的研究论文，综述了在不同光照条件下，拟南芥植物多层级调控开花相关基因CONSTANS和FT的分子机制。

https://doi.org/10.1016/j.xplc.2023.100552

开花是植物有性繁殖的重要过程，同时也影响着作物的产量、生物量和世代时间。在作物的驯化过程中，开花性状受到选择。而且在被子植物中，开花的机制是高度保守的。环境因素和内源基因共同调控着开花位点基因FT的转录。在拟南芥中，长日照条件启动拟南芥的花发育。自从FT基因被发现以来，人们一直致力于解析FT基因的转录调控机制。虽然研究表明很多转录因子影响着FT的表达，但是它们如何协同调控FT的时空表达还有待进一步研究。

CONSTANS (CO)是FT的重要调控因子，该蛋白稳定性受到磷酸化和泛素化的严格调控。此外，各种和CO相互作用的蛋白也能正调控或负调控调节CO蛋白的活性（图1）。例如，在黑暗条件下，SK12蛋白介导了CO的磷酸化调控。而在红光条件下，HOS1介导了CO蛋白的泛素化和降解。此外，多个调控因子如TCP和FBH家族蛋白，也在转录水平调控CO基因的表达。

图1. CONSTANS调控开花的分子机理

在拟南芥中，FT启动子的转录调控是至关重要的。FT启动子具有几个转录调控“区块”，是芸苔科植物中高度保守的区域。这些模块可分为5个模块，分别是A、B、C、D和E。不同的模块通常包含多个基因。例如模块A包含CO、AS1和bHLH48等基因。不同的转录因子与特定的基因块结合，往往会引起FT染色质结构的拓扑变化，如DNA环的形成，从而影响FT的表达（图2）。

图2. FT启动子的转录调控

最后，作者总结了不同光照条件下，拟南芥从感知光到启动不同响应途径的过程（图3）。在不同光照条件下，植物通常会使用不同的响应途径。此外，不同的响应途径也会共享一些组分。

图3. 不同光照条件下的光感知途径

综上，该综述主要在转录水平和翻译后水平，总结了拟南芥植物多层级水平调控CO和FT的分子机制。这为理解不同光照条件调控植物开花提供了丰富的调控模型，为利用这些模块进行分子育种提供了数据。

转自：“iPlants”微信公众号

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