解析植物的開花機制,提高作物產量具有重要的現實意義

2020-12-05 中國創氪網

自然界很神奇，不同植物的開花時間不一樣，到底是什麼神奇的力量在調控開花時間?科學家們一直在探尋這個奧秘。

記者11月30日從安徽農業大學了解到，該校生命科學學院植物抗逆育種與減災國家地方聯合工程實驗室李培金課題組，通過研究揭示了擬南芥花期自然變異的調控新機制。這一研究成果日前發表在著名國際刊物《自然·通訊》上。

開花時間是關鍵的農藝性狀，對植物產量和品質有著重要影響。一般來說，每種植物都有最佳花期，在此期間開花，就能實現穩產高產。但如果花期提前或者滯後，就會給產量帶來不良影響。

李培金給記者舉了一個例子，玉米在開花時期對高溫異常敏感，如果在7月份高溫天氣開花，會導致雌雄花期不協調和授粉失敗，嚴重時顆粒無收，給農業生產帶來重大損失。因此解析植物的開花機制，對植物分子輔助育種，提高作物產量具有重要的現實意義。

植物進化是一個漫長的過程，同一類植物分布在不同的區域，為了適應不同的環境，在進化過程中遺傳基因會發生不同的變化，出現豐富的自然變異，從而維持了各種花期類型，這種現象在模式植物擬南芥中非常普遍，是遺傳多樣性的一個重要特徵。

有研究發現，FRIGIDA(FRI)和FLOWERINGLOCUSC(FLC)是抑制植物開花的兩個關鍵基因。比如，冬小麥之所以需要過冬，主要是因為FRI和FLC的同源基因表達水平很高，抑制了冬小麥開花，經過秋冬兩季長時間的低溫，FLC表達水平就會慢慢下降，等到來年春天，隨著氣溫的逐步升高，冬小麥才得以開花結果。同時，只有在FRI和FLC共存的情況下，才能發揮抑制開花的功能，任何一個基因的缺失都會導致植物早開花。

在不同類型的擬南芥中，FLC的表達水平有很大差異。李培金課題團隊對世界範圍內的102種擬南芥的FLC基因的表達水平進行了定量分析，通過全基因組關聯分析技術篩選出一個花期調控關鍵基因SSF。SSF基因編碼的蛋白質擔負著調控花期的功能。通過進一步研究發現，SSF基因編碼的蛋白質具有兩個變異類型——SSF414D和SSF414N。植物體廣泛存在的蛋白泛素化修飾和降解系統能識別這兩種蛋白質，並調控SSF蛋白質水平的高低，從而影響開花抑制基因FLC的表達水平，導致植物花期發生改變。

李培金解釋說，SSF基因的兩種變異類型很神奇，SSF414D和SSF414N雖然都能抑制植物開花，但414D功能更強更明顯，414N相對表現不明顯。414D主要存在於北方的植物中，相對來講可以使植物晚開花，適應北方的寒冷氣候;而414N主要存在於南方的植物中，相對來講調控植物早花，以適應南方較為溫和的生長環境。

在以往的研究中，SSF基因多次被發現，但這個基因如何發揮功能一直不清楚，分子調控機制更是未知，這項研究成果首次解決了這個難題，並深入揭示了基因自然變異調控植物生育期的新機制，為植物分子育種提供了重要基因資源和理論依據。

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