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综述:从形态学到表观遗传学:木本多年生植物花发育调控的研究进展
【字体: 大 中 小 】 时间:2025年06月25日 来源:Plant Physiology and Biochemistry 6.1
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这篇综述系统阐述了木本多年生植物(树木)响应季节变化的生殖发育调控机制,聚焦外部环境因子(光周期、低温)与内源通路(FT/TFL1、FLC等基因)的互作,以及表观遗传修饰(DNA甲基化、组蛋白乙酰化)在相变过程中的关键作用。文章整合了开花调控通路(春化途径、光周期途径、GA途径)的最新研究,为缩短幼年期、优化育种策略提供了分子层面的理论依据。
木本多年生植物的生命周期包含幼年、成年营养和成年生殖三个阶段,其中幼年期可持续数年,是果树育种的主要瓶颈。光周期和温度变化通过调控PEBP家族基因(如FT/TFL1)触发相变,而表观遗传修饰(如H3K27me3)动态影响SAM(茎端分生组织)向FM(花分生组织)的转化。
在长日照(LD)条件下,叶片感知光信号后产生的FT蛋白与FD(bZIP转录因子)结合,激活AP1等花分生组织决定基因。值得注意的是,TFL1作为FT的拮抗剂,通过维持分生组织未分化状态延缓开花。
当日照低于阈值时,树木启动生长停滞并形成休眠芽。这一过程涉及DMLs(DNA去甲基化酶)和EBB1(通过激活CYCD31促进细胞分裂)等关键基因。低温诱导的DNA甲基化水平升高(如Prunus dulcis中)与休眠深度呈正相关,而组蛋白乙酰化(H4ac)则在芽破眠时显著增加。
春化途径:-1?C~10?C低温通过抑制FLC(MADS-box蛋白)表达解除开花抑制,苹果MdFLC3-like基因的功能验证揭示了该通路的保守性。
光周期途径:CO-FT模块为核心调控单元,LD条件下CO蛋白与PKL(染色质重塑因子)协同提升FT位点H3乙酰化水平,促进开花。
GA途径:外源GA抑制苹果等果树成花,而内源GA在短日照(SD)下通过GA氧化酶负反馈调节成花信号。
DNA甲基化动态调控休眠相关基因(如PpeDAM5),而组蛋白修饰(H3K4me3/H3K27me3)通过"表观记忆"维持相变状态。在柑橘中,DNA甲基转移酶抑制剂5-azacytidine可异常激活CiFT表达,印证了表观遗传对成花时间的精准调控。
整合多组学数据解析相变网络、开发表观遗传编辑技术缩短幼年期,以及建立环境-表观-基因互作模型,将是提升木本作物抗逆性和产量的关键突破点。
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