LHY基因介导远红光调控菊花长日照条件下开花的分子机制解析

本研究揭示了菊花响应远红光(FR)信号的关键机制，发现生物钟核心组分CmLHY通过直接激活CmLATE表达抑制开花整合子CmFTL3，而FR光通过抑制CmLHY-CmLATE模块解除开花抑制。该研究为光周期不敏感型菊花品种育种提供了新靶点，对实现菊花周年生产具有重要实践意义。

　　

在植物生长发育过程中，开花时机的精准调控直接关系到物种繁衍和农业生产效率。菊花作为全球重要的观赏作物，传统品种多为严格短日照(SD)类型，而夏季菊等特殊生态型虽能在长日照(LD)条件下开花，但其分子机制尚不明确。尤其值得关注的是，远红光(FR)作为环境信号的重要组分，已知能通过改变红光/远红光(R/FR)比值触发避荫反应(SAS)，但其调控菊花开花的具体通路仍属空白领域。

中国农业大学园艺学院的研究团队在《Horticultural Plant Journal》发表的研究中，以夏季菊品种'杏芳'为材料，通过转录组测序(RNA-seq)、基因沉默(RNAi)和分子互作验证等技术，首次解析了FR光通过生物钟组分CmLHY调控菊花LD开花的分子开关。研究人员采用表型观察结合扫描电镜确认FR光可诱导LD条件下菊花成花转变，通过酵母单杂交(Y1H)、电泳迁移率实验(EMSA)和双荧光素酶报告系统证实CmLHY直接结合CmLATE启动子EE元件(AAATATCT)，激活这个C₂H₂锌指蛋白转录因子的表达，进而抑制下游开花整合子CmFTL3的表达。

关键技术方法包括：1) 建立FR光处理体系(100 μmol·m^-2s^-1白光+FR光源)；2) 对茎尖分生组织进行RNA-seq分析；3) 构建CmLHY-RNAi稳定转化株系；4) 采用Y1H和EMSA验证蛋白-DNA互作；5) 烟草瞬时表达系统进行启动子活性分析。

主要研究结果：

3.1 FR光促进菊花开花

表型分析显示FR处理70天后菊花完成成花转变，而对照(CK)组始终维持营养生长。FR光使株高显著增加但节数不变，表明其通过促进节间伸长影响株型。

3.2 鉴定FR光调控开花的关键基因

转录组分析发现FR处理显著抑制CmLHY表达(下调150倍)，该基因编码含MYB结构域的生物钟核心组分，其表达呈现昼低夜高的节律特征。

3.4 CmLHY抑制菊花开花

CmLHY-RNAi株系在未加FR光时即提前开花，且沉默效率与开花早晚呈正相关，证实其作为开花抑制因子的功能。

3.5 鉴定CmLHY下游靶基因

差异表达基因分析发现CmLATE在野生型中高表达，而在CmLHY-RNAi株系中显著下调，该基因含EE元件等光响应顺式元件。

3.6 CmLHY通过激活CmLATE响应FR光

分子实验证实CmLHY直接结合并激活CmLATE启动子，FR光处理使CmLATE持续低表达，解除对CmFTL3的抑制，驱动成花转变。

该研究创新性地揭示了生物钟与光信号交叉调控的新机制：在自然光照条件下，高表达的CmLHY通过CmLATE-CmFTL3模块维持开花抑制状态；当FR光信号输入时，通过抑制CmLHY表达打破这种抑制平衡，使夏季菊突破光周期限制完成开花。这一发现不仅完善了植物光周期调控的理论框架，更为创制光周期不敏感型菊花品种提供了CmLHY/CmLATE等关键分子靶标，对实现切花菊的周年均衡供应具有重要应用价值。研究建立的FR光调控技术体系，可望替代传统遮光处理，显著降低生产成本，推动菊花产业向智能化方向发展。