Science：解答80年谜题，植物何时开花？

　　

生物通报道  近日来自华盛顿大学的科学家们精确解开了植物如何“知道”何时开花这一长达80年的谜题的最后关键性部分。相关论文发布在5月25日的《科学》（Science）杂志上。

确定合适的开花时间对于植物能够成功地繁殖是至关重要的，其涉及到一系列的分子事件，植物生物钟和阳光。

文章的通讯作者、华盛顿大学助理教授akato Imaizumi说新研究在一种简单植物拟南芥中了解了开花的运作机制，将推动更好地了解在更为复杂的种植植物如水稻、小麦和大麦等农作物中相同基因的作用机制。

“如果我们能够调控开花时间，我们或许就能够通过加速或延缓这一过程而提高农作物的产量。了解这一机制为我们提供了操作它的工具，”Imaizumi说。连同粮食作物一起，这项工作还可能推动作生物燃料之用的种植植物更高的产量。

在一年特定的时间里，开花植物会在它们的叶子中生成一种称为FLOWERING LOCUS T的蛋白诱导开花。一旦这种蛋白质生成，它会从叶子迁移至茎尖这一植物细胞未分化的部分，这意味着它们可以成为叶或花。在茎尖，这种蛋白质启动分子变化将细胞送到成为花朵的道路上。

日长的变化告诉许多生物体季节正在改变。科学家们早就知道植物利用了一种称为生物钟的内部计时器机制来衡量日长的变化。生物钟使得在人、动物、昆虫、植物和其他生物体中24小时周期内的生物过程同步。

Imaizumi和论文的共同作者们研究了一种称为FKF1的蛋白，他们怀疑其是植物识别季节变化并知道何时开花机制中的关键作用因子。FKF1蛋白是一种光感受器，这意味着它可以被阳光激活。

Imaizumi 说：“我们一直致力研究的FKF1光敏蛋白表达于每日的傍晚时分，严格受到植物生物钟的调控。当这一蛋白在白天较短的季节表达，它不能被激活，因为在傍晚时没有了阳光。当其在白天较长的季节表达时，这一光感受器就会利用光线来激活涉及FLOWERING LOCUS T的开花机制。这一生物钟调控了特异性光感受器对开花的计时。这就是植物感知日长差异的机制。

当并非繁殖的最佳时期时这一系统会阻止植物开花，例如隆冬时白天短而黑夜长。

新研究结果来自对遗传学研究中常用的十字花科植物拟南芥的研究。他们对文章的共同作者、爱丁堡大学的生物学教授Andrew Millar开发的一种拟南芥开花根源机制的数学模型进行了验证，

Millar 说：“我们的数学模型帮助我们理解了植物日长传感器的运作原理。这些原理同样适用于其他植物，例如水稻。农作物的日长反应是限制当地农民获得好收成的因素之一。鸡场和鱼农场也通过控制光的方法来获得相同的日长反应，因此在动物中了解这一反应也是一样的重要。”

“动物中相关的蛋白质还没有如同在植物中一样获得很好的了解，然而我们期望我们从这些研究中获得的原理将同样适用，”Millar 说。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

FKF1 Conveys Timing Information for CONSTANS Stabilization in Photoperiodic Flowering

Plants use day-length information to coordinate flowering time with the appropriate season to maximize reproduction. In Arabidopsis, the long day–specific expression of CONSTANS (CO) protein is crucial for flowering induction. Although light signaling regulates CO protein stability, the mechanism by which CO is stabilized in the long-day afternoon has remained elusive. Here, we demonstrate that FLAVIN-BINDING, KELCH REPEAT, F-BOX 1 (FKF1) protein stabilizes CO protein in the afternoon in long days. FKF1 interacts with CO through its LOV domain, and blue light enhances this interaction. In addition, FKF1 simultaneously removes CYCLING DOF FACTOR 1 (CDF1), which represses CO and FLOWERING LOCUS T (FT) transcription. Together with CO transcriptional regulation, FKF1 protein controls robust FT mRNA induction through multiple feedforward mechanisms that accurately control flowering timing.