冬季低温调控植物开花时间表观遗传研究获进展

上海，10月26日(记者黄欣)——今天，《自然》杂志在网上发表了中国科学院上海植物胁迫生物学研究中心何研究组完成的一篇题为“植物中一种先锋转录因子的胚胎表观遗传重编程”的研究论文。在这项研究中，研究小组进一步揭示了在开花后早期胚胎发育中消除“低温记忆”和激活FLC基因使下一代在春季开花前需要经历冬季低温的分子机制。

据报道，该研究小组于2016年12月在《自然遗传学》上报道了拟南芥(一种模式开花植物)的表观遗传机制，即如何利用长期低温(冬季)无声开花抑制关键基因FLC的表达，然后在室温下保持其沉默(低温记忆)，从而使植物在第二年春天开花(春化)。

春化指的是一些植物必须经历一段持续低温的时期才能从营养生长到生殖阶段的现象。植物如何响应和记忆长期低温处理，即春化，一直是表观遗传学和发育生物学的热门话题。分析植物如何应对冬季低温的分子机制，并在春季气温升高后“记住”它们的冬季低温经历，以便适时开花，具有重要的理论和实用价值。它可以确保植物避免在寒冷的冬天开花，而在温暖的春天开花，以利于结果。对这一机制的分析与作物栽培季节的选择、跨区域引种驯化等密切相关。

该研究小组去年在《自然遗传学》上报道，在拟南芥的营养生长期，一种植物特异性基因表达调节剂识别FLC基因上的DNA模块(低温记忆元件)，从而沉默FLC表达。气温上升后，这些因素“停留”在FLC的现场，以保持沉默。这一发现解释了拟南芥在营养生长(苗期)期间对冬季低温的反应和记忆的分子和表观遗传机制。

该研究揭示了开花后早期胚胎发育中消除“低温记忆”和激活FLC基因的分子机制。此外，研究还发现了植物营养生长期的“胚胎记忆”现象以及调节这一现象的表观遗传机制。苗期植株经历冬季低温后，即使春季温度升高，FLC站仍保持封闭状态，直至成株期开花。开花后，FLC在早期胚胎发育中被重新激活。“*”的激活状态会传递给幼苗，从而形成幼苗的“胎儿记忆”(就像成年人年轻时的记忆)。FLC在秋天的幼苗中被激活(种子在秋天发芽并发芽)，因此防止植物在冬天之前或期间开花。

专家表示，该研究揭示了植物早期胚胎染色质重编程状态的新的分子机制，也解释了胚胎中的基因激活如何在后期发育中转移到表观遗传机制，是开花调控分子和遗传机制的重要突破。该研究不仅具有重要的理论意义，而且为其在作物开花调控中的应用提供了新的目标。

据报道，逆境中心植物环境表观遗传学研究组的何月辉研究员是本文的通讯作者，陶曾副研究员是第一作者。新加坡国立大学的俞浩实验室参与了这项研究。这项工作由中国科学院和科技部资助。