种子成熟后什么激素促进种子休眠(寒冬之后春暖花开)

种子为什么在春天发芽?花儿为什么在春天盛开?这些有趣的科学问题或多或少已经找到了一些答案,而科学家却从未停下探索的脚步。

种子成熟后什么激素促进种子休眠(寒冬之后春暖花开)(1)

种子萌发是绿色植物生命周期的开始,而开花是植物从营养生长向生殖生长转换、进行世代交替的关键过程。地球上季节性的气候变化,如气温和日照长度等因素影响着种子萌发和开花等重要发育过程。在漫长的进化过程中,植物进化形成了复杂而精确的机制,通过整合内源信号和外部环境信息,适应气候的变化从而生存下来。

研究发现,植物通过体内的两种关键蛋白——FT(Flowering Locus T)和FLC(Flowering Locus C)感受季节性气温和日照长度的变化,从而精确的完成萌发和开花的生命进程。FT蛋白又名“开花素”,在叶脉中合成,经筛管运送到茎顶端分生组织,促进花分生组织的形成从而诱导植物开花。与FT相反,FLC是开花的抑制因子。早期的研究表明,冬性作物在秋天萌发后,FLC蛋白结合到FT基因座位上直接抑制其表达,从而抑制植物开花;而在冬季来临后,伴随着日照变短,温度变低,植物体内大量表达FLC的反义转录片段,称之为COOLAIR(位于FLC基因的末端),这种反义RNA特异性沉默FLC的表达,引起植物体内FLC蛋白的丰度急剧降低,植物开花得以起始。此外,FLC和FT都在调控种子休眠途径中起到重要作用。然而,FT和FLC的“友谊”仅限于此吗?

英国John Innes中心Steven Penfield领衔的研究团队揭开了故事的另一面:在模式植物拟南芥中,FT蛋白可感受季节性气候的变化,反馈调节FLC的基因表达,进而精确的调控种子休眠和开花。实验分析显示,flc突变能挽救ft突变体的种子休眠表型,表明FT在遗传关系上位于FLC的上游。对植物进行低温处理可以诱导FLC基因表达上调,而这一过程依赖于FT。

进一步研究显示FT蛋白直接结合到FLC反义RNA(COOLAIR)的转录起始位点上,促进其转录,间接抑制FLC基因表达,从而打破种子休眠、诱导植株开花。这些结果表明FT蛋白抑制FLC基因表达是通过激活COOLAIR实现的。FLC对FT基因表达的调控早为人所知,而本研究揭示了FT对FLC基因的表达具有反馈调节作用。这两个基因天然的相互调节作用为植物整合外部气候信息、精细调控种子萌发和开花提供了重要的保证。

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