Science:控制植物開花的“開關(guān)”
日期:2016-07-29 09:16:13
最近,英國John Innes中心的科學(xué)家們,對于理解“植物如何開始開花”邁出了關(guān)鍵的一步。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在《Science》雜志。
這一新的研究揭示了春化過程中一個(gè)以前未知的步驟,將一個(gè)負(fù)責(zé)開花時(shí)間的重要基因,與調(diào)節(jié)它的蛋白質(zhì)聯(lián)系起來。這一新發(fā)現(xiàn)可能有助于開發(fā)新的品種,以在不斷變化的氣候下,生產(chǎn)我們需要的食物。
幾十年的研究已經(jīng)深入理解了“春化”的過程,植物如何感知低溫的時(shí)期,并“記憶”這一信息以控制開花時(shí)間。它可確保植物在破壞性的冬季避免開花,而在溫暖的春季和夏季開花,這時(shí)它們有足夠的時(shí)間和陽光來產(chǎn)生種子。因此,了解春化現(xiàn)象,對于商業(yè)作物(如油菜、花椰菜以及其他許多作物)的成功至關(guān)重要。
這一重要的過程依賴于植物“記住”在低溫條件下度過了多長時(shí)間,通過逐漸修改植物細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)的一個(gè)特定基因。
先前的研究已經(jīng)表明,開花是由一個(gè)叫做FLOWERING LOCUS C(FLC)的基因抑制。在寒冷的溫度條件下,包裹在該基因周圍的蛋白質(zhì)被逐步修改,這個(gè)基因的表達(dá)關(guān)閉,最終讓植物能夠從發(fā)育的“生長”階段切換到“開花”階段。
雖然有研究已經(jīng)確定了參與FLC基因關(guān)閉的調(diào)節(jié)因子,但是還沒有研究設(shè)法弄清“這些調(diào)節(jié)因子是如何正確識別自己靶標(biāo)的”。
在這項(xiàng)新的工作中,John Innes中心的Caroline Dean教授帶領(lǐng)的一個(gè)研究小組,讓遺傳學(xué)為他們帶路。他們研究了一個(gè)變異的植物種群,發(fā)現(xiàn)了一個(gè)不能正確應(yīng)對寒冷的個(gè)體。然后他們找到了這個(gè)突變在個(gè)體中發(fā)生的位置,并發(fā)現(xiàn)它是FLC基因內(nèi)一個(gè)單堿基對的變化。
進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)成功確定了蛋白質(zhì)VAL1是如何識別FLC基因內(nèi)的DNA序列。在未能正確響應(yīng)寒冷的植物中,該突變可防止這種識別,所以FLC不能被關(guān)閉。
Caroline Dean教授說,“這個(gè)令人興奮的新發(fā)現(xiàn),首次讓我們看到,一個(gè)細(xì)胞中的調(diào)節(jié)因子如何確定哪些靶基因被關(guān)閉。在FLC上一個(gè)特定的序列被識別,并且沒有這個(gè)序列,FLC就不會被抑制,植物將不再開花。”
這項(xiàng)研究還在幾種近緣蕓薹屬植物中,調(diào)查了FLC基因中VAL1的結(jié)合部位,并發(fā)現(xiàn)它是保守的,從而表明這類調(diào)控對于花期控制來說,在進(jìn)化上一直都是保守的。
關(guān)于植物開花,科學(xué)家們相繼進(jìn)行了許多研究。2013年12月,來自中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所的研究人員,在新型禾本科模式植物:二穗短柄草(Brachypodium distachyon)中證實(shí)植物開花基因FLOWERING LOCUS T(FT)受到一種叫做miR2032的早熟禾亞科(Pooideae)特異性microRNA的調(diào)控。這一研究發(fā)現(xiàn)發(fā)表在植物學(xué)權(quán)威期刊The Plant Cell雜志上。
2014年10月,中國科學(xué)院華南植物園侯興亮研究員通過與新加坡國立大學(xué)Yu Hao教授等的合作研究,發(fā)現(xiàn)擬南芥NF-Y核因子復(fù)合物通過整合發(fā)育和環(huán)境信號,從表觀遺傳層面上調(diào)控開花時(shí)間。NF-Y是在真核生物中廣泛存在的一類轉(zhuǎn)錄因子,由三個(gè)不同的亞基組成,其與真核生物啟動子區(qū)域的CCAAT框相結(jié)合,并通過與調(diào)控因子相互作用來調(diào)控下游基因表達(dá)。相關(guān)閱讀:華南植物園揭示NF-Y核因子調(diào)控植物開花的分子機(jī)制。
在小麥遺傳學(xué)的這場游戲上,加州大學(xué)戴維斯分校的Jorge Dubcovsky實(shí)驗(yàn)室贏得了一個(gè)大滿貫。他們在十幾年內(nèi)第四次發(fā)現(xiàn)控制小麥春化的基因。這項(xiàng)成果于2015年8月底發(fā)表在《美國科學(xué)院學(xué)報(bào)》(PNAS)上。
上一篇: Nature揭開NHEJ修復(fù)機(jī)制的真相
下一篇: 更長端粒意味著青春不老嗎?