大麻光周期开花机制的转录组解析：WNK激酶-PRR37通路对R:FR比率的响应及其在可控环境农业中的应用

本研究针对短日照植物大麻光周期开花调控机制不明确的问题，通过转录组分析揭示了CDL（临界日长）门控的开花通路：WNK激酶通过磷酸化PRR37调控FT表达，且COL5在R:FR（红/远红光）比率调控下抑制FT。利用LED光谱编程技术，证实通过调整R:FR比率可精准操控开花基因表达，为大麻可控环境栽培提供新策略。

　　

大麻作为重要的经济作物，其开花时间直接影响产量和品质。尽管已知短日照（SD）植物开花受光周期调控，但大麻中FT（florigen）基因的转录激活机制尚未阐明。传统模型认为GI-CO-FT通路保守存在，但不同物种中CO-like基因功能存在差异。例如水稻HD1（CO同源基因）具有双功能调控特性，而大麻中13个COL基因的表达模式与功能仍不明确。更关键的是，PRR37（拟响应调节因子）被证明是大麻光周期敏感性的决定因子，但其上游调控机制和与CO-like基因的互作网络仍是空白。此外，如何通过可控环境农业技术（如LED光谱调节）精准操控开花通路，成为产业亟待解决的难题。

康涅狄格大学农业生物技术实验室的Samuel R. Haiden团队联合Verne Bioanalytics公司，通过转录组测序和LED光谱干预实验，揭示了大麻CDL门控开花的核心机制：WNK激酶通过磷酸化PRR37调控FT表达，而COL5在R:FR比率升高时抑制FT。该研究发表于《Scientific Reports》。

研究采用RNA-Seq技术分析大麻叶片在长日照（LD）向短日照（SD）转换时的转录组变化，通过DESeq2鉴定差异表达基因（DEGs）。利用qPCR验证关键基因表达模式，STRING数据库预测蛋白互作网络。通过定制LED光谱系统（Adaptiiv ATG-1000）设置不同R:FR比率（高19:1 vs 低3:1），结合HPLC-UV检测花蕾中次生代谢物含量。

转录组映射与差异表达分析
对9个大麻参考基因组进行RNA-Seq比对，Jamaican Lion转录组获得最高70%比对率。发现COL基因家族在SD条件下普遍下调（如CsCOL10下调4倍），而PRR37显著下调3.33倍，提示COL可能作为FT抑制因子。

PRR37/WNK激酶磷酸化通路
蛋白互作预测显示WNK激酶（如WNK9）可能磷酸化含CCT结构域的PRR37和APRR3。实验证实WNK9受PHY（光敏色素）调控，高R:FR处理使其表达升高，表明WNK是光信号整合节点。

R:FR比率对基因表达的调控
高R:FR处理使COL5表达提升，伴随FT表达抑制，证实COL5的FT抑制功能。有趣的是，CBGa（大麻萜酚酸）含量在高R:FR组增加25%，但其他大麻素无变化，提示光谱特异性调控次生代谢。

年龄依赖通路中的miRNA
DICER（miRNA处理器）在SD过渡期显著上调，可能通过调控miR156/172（靶向SPL/AP2基因）参与开花时序控制。TOE1（AP2类转录因子）在Autoflower1位点的下调进一步印证miRNA网络的保守性。

该研究提出创新模型：PHY通过PIF3激活WNK激酶，后者磷酸化PRR37解除其对FT的抑制；同时COL5在高R:FR下增强对FT的抑制，形成双轨调控网络。光谱干预实验首次证明通过调整R:FR比率可精准操控开花通路，为可控环境农业提供可编程的光谱调控方案。发现CBGa对光谱的特异性响应，为次生代谢工程开辟新方向。这些成果不仅完善了SD植物开花理论，更为大麻工业化栽培提供分子设计基础。