光周期延长耦合赤霉素处理诱导开花：葱属植物开花与鳞茎形成的生理与分子机制解析

本研究针对短日照条件下葱属植物开花受限的育种难题，开发了光周期延长（10小时自然光+8小时人工光）耦合赤霉素（GA3，200 mg/L）处理的技术体系，成功诱导韭葱（A. tuberosum）提早抽薹开花，并揭示了FT基因家族（如AcFT1/AcFT4调控鳞茎形成，AcFT2促进开花）、LFY、AP1等关键基因在开花与鳞茎形成中的拮抗调控网络，为不育大蒜品种开花诱导和洋葱抽薹控制提供了分子育种框架。

　　

葱属植物作为重要的蔬菜和药用资源，其开花和鳞茎形成过程深受光周期和温度调控。然而，在短日照条件下，许多葱属物种如大蒜（A. sativum）和部分野生种难以诱导开花，这严重限制了其遗传育种进程。尤其对于大蒜这类常以无性繁殖为主的作物，开花障碍使得杂交育种难以实施，种质创新陷入瓶颈。与此同时，洋葱（A. cepa）等作物在特定条件下又易发生先期抽薹，影响鳞茎产量和品质。因此，解析葱属植物开花转换与鳞茎发育的分子机制，并开发高效开花诱导技术，成为当前育种和生理学研究的热点。

在此背景下，Gedam等研究人员在《BMC Plant Biology》发表了题为“Induction of flowering with a photoperiod extension coupled with gibberellic acid treatment: physiological and molecular insights in Allium species”的研究论文。该研究通过整合生理实验与分子生物学手段，探索了光周期延长与外源赤霉素处理对葱属植物开花及鳞茎形成的影响，并深入揭示了关键基因的调控网络。

研究人员首先建立了光周期延长处理系统（10小时日光+8小时人工LED光），并耦合不同浓度GA₃（50、100、200 mg/L）喷施处理，对包括韭葱（A. tuberosum）、蒜（A. fasciculatum）、大花韭（A. macranthum）和细香葱（A. schoenoprasum）在内的多种野生葱属物种开展开花诱导实验。同时，以洋葱品种“Bhima Shakti”、大蒜“Bhima Purple”和韭葱为材料，在不同生长阶段采集叶片样本，利用qRT-PCR技术分析开花与鳞茎相关基因的表达模式。研究所涉及基因包括PEBP家族成员（AcFT1-6、AsFT1-6）、花分生组织特性基因（LFY、AP1）、花器官特性基因（SEP3、PI、AG）以及开花抑制因子FLC和FLD等。

基因表达分析显示，在洋葱中AcFT1、AcFT3和AcFT5在鳞茎形成期高表达，而AcFT2在抽薹和开花阶段显著上调，表明AcFT2是开花正调控因子。AcFT4在鳞茎形成期表达较低，而在生殖生长阶段上升，暗示其可能抑制鳞茎形成并促进开花。在大蒜中，大多数开花相关基因（如LFY、AP1、SEP3、PI）表达水平极低，这与大蒜在短日照下不开花的表型一致。此外，开花抑制基因FLC在鳞茎形成过程中高表达，而在开花阶段下调。

表型方面，光周期延长与200 mg/L GA₃处理（T7）显著提高了韭葱的株高、假茎长度和分蘖数，并成功诱导抽薹和开花，抽薹时间比对照提早22–25天，开花提早35–40天。而其他物种如A. fasciculatum、A. macranthum和A. schoenoprasum在任何处理下均未抽薹。

主成分分析（PCA）和热图聚类分析进一步表明，T7处理与抽薹数、薹长等开花性状密切相关，而对照组T8则与营养生长性状关联。基因表达聚类显示，洋葱和韭葱的开花阶段样本聚为一类，而大蒜各阶段均单独聚类，反映其开花途径的基因表达缺陷。

研究发现

研究发现，LFY基因在洋葱和韭葱的花起始阶段显著上调，并激活下游花器官特性基因AP1、SEP3、AG和PI的表达，而在大蒜中LFY几乎不表达，导致其开花程序无法启动。CO和SOC1在光周期诱导的开花过程中也起正向作用，而FLC作为开花抑制因子，在鳞茎形成中高表达，开花时下调。

研究

研究结论认为，光周期延长耦合GA₃处理可有效诱导短日照敏感型葱属植物（如韭葱）开花，其中LFY是关键开花调控因子，其表达缺失可能是大蒜不开花的重要原因。该研究不仅为葱属作物育种提供了开花诱导技术方案，也为通过基因工程手段（如LFY过表达或敲除）调控开花和抽薹提供了靶点。

这一成果对解决葱属植物杂交育种障碍、实现遗传改良具有重要实践意义，同时为单子叶植物开花与贮藏器官形成的分子机制提供了新见解。