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【中國科學報】雙“素”合璧 花開有時

2019-05-07來源:南農新聞-NJAU NEWS作者:黨委宣傳部

MT和SL在菊花開花調控上的應用。(SDs表示短日照條件, Mock表示沒有用激素處理, +表示用相應的激素進行處理導致花期改變)

本報記者 王方

開花既是植物最美的瞬間,更是植物生命進程中進行生殖轉換的標志性事件。適時開花對植物完成生活史意義重大,同時對觀賞植物的周年生產及供應亦很關鍵。

科學家之前研究發現,褪黑素(Melatonin,MT)和獨腳金內酯(Strigolactone,SL)是植物體內的重要激素,在植物生長發育進程中有重要作用,但這兩種激素單獨或協同調控植物開花的分子機制尚不清楚。

近日,南京農業大學科學家的研究揭示了褪黑素和獨腳金內酯在擬南芥開花方面的內在聯系。相關論文成果在線發表于《松果體研究雜志》(Journal of Pineal Research)。

該團隊研究發現,與野生型擬南芥(Col-0)相比,獨腳金內酯合成和信號途徑的兩個突變體max4-1、d14-1具有明顯的早花表型。有趣的是,通過超高效液相色譜(UPLC)對褪黑素含量進行測定,發現max4-1和d14-1兩個突變體中褪黑素含量都明顯高于野生型,參與褪黑素合成的兩個基因SNAT和COMT的表達量也顯著上調。但當外源噴施褪黑素后,max4-1和d14-1開花時間卻比野生型更晚。

對開花關鍵基因表達水平進行定量顯示,外源褪黑素處理后,兩個突變體中的促進開花基因SPL3、SPL4、SPL9、AP1和SOC1的表達水平明顯受到抑制,但FLOWERING LOCUSC(FLC)的表達量明顯升高。

“FLC是抑制開花的基因,通俗地講FLC是開花過程中的‘剎車’因子。植物體內該因子多了,開花進程就會受阻,從而導致開花延遲。”通訊作者、南京農業大學園藝學院教授蔣甲福向《中國科學報》介紹。

進一步研究發現,在擬南芥開花調控過程中,褪黑素存在“安全”閾值。在此閾值內,內源獨腳鈉酯通過抑制SPLs基因的表達從而抑制開花;但在閾值范圍外,獨腳金內酯會通過抑制褪黑素的合成,進而促進開花抑制基因FLC的表達來抑制開花。

也就是說,褪黑素抑制開花存在劑量效應。蔣甲福介紹,“在擬南芥中,我們發現植株體內褪黑素濃度在約0.9~8 ng/g F.W 時,其可以維持自身的開花調控模式,但一旦低于0.9 ng/g F.W,則開花提前,高于8 ng/g F.W,則開花推遲。”

這些結果表明,褪黑素信號路徑可能存在于獨腳金內酯信號路徑的下游,通過激活FLC的表達,導致開花推遲。

這一研究成果的發表,不僅拓展了人們對植物激素互作調控開花的認識,也為深入探索褪黑素和獨腳金內酯兩個激素調控植物花期的分子機制奠定了良好基礎,具有重要科學意義和應用前景。

目前,該團隊已把該調節機制應用到菊花開花控制上:在實驗條件下,外源施用內源獨腳鈉人工合成類似物GR24可以促進菊花開花,而褪黑素則抑制開花。

“GR24可以使菊花這種短日照植物提前開花,短日照下可以提前1個月左右;長日照下不處理的菊花不能開花,施用GR24后便可以讓菊花現蕾。褪黑素可使其延遲20天左右。當然讓菊花提前或推遲開花與施用劑量有關,GR24用10μM、褪黑素用200μM有顯著效果。”蔣甲福介紹。

團隊希望將來能通過使用激素替代菊花生產過程中的光周期調控,從而節約能源和生產成本(加光延遲花期,遮光提前花期),實現菊花的周年生產。

該論文的署名單位為南京農業大學,園藝學院博士生張子昕為論文第一作者,教授陳發棣為共同通訊作者。

相關論文信息:DOI: 10.1111/jpi.12582

原文鏈接:http://news.sciencenet.cn/sbhtmlnews/2019/5/345723.shtm?from=groupmessage&isappinstalled=0


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