科学家揭秘开花分子时钟

生物通,2012-12-13

鲜花不仅吸引眼球，还吸引着蜜蜂等传粉者。植物需要最大程度的利用传粉者来进行繁殖，开花的时机也就对植物及其产量有重大影响。人们一直认为外界环境的光和温度是控制开花的主要因素。然而，冷泉港实验室CSHL的助理教授Zach Lippman博士及其同事在Nature Genetics杂志上发表了新研究，揭示了一个鲜为人知的开花机制。

研究人员使用番茄作为模式生物，发现如果开花时机缺乏控制，开花程序进行太快，就会导致每个枝条上只开一朵花（通常是7至10朵）。相反，如果开花进程减慢，就能开更多花，也就意味着有更多的果实。对番茄开花机制的解析，将有助于提高重要农作物的产量。

在开花过程中，植物会形成花序，这些结构源自植物分生组织中的一小群干细胞。当植物感知到光照或温度信号，就在分生组织形成花或叶。研究人员分析了番茄开花过程中涉及的上千个基因，终于揭示了调控番茄生成分支花序或不分枝的“分子时钟”。在这项新发表的研究中，他们阐述了该时钟中的关键基因。
 
“植物何时何地从长叶转变为长花，这需要精确控制时机，”Lippman说。“我们知道开花过程受到温度和日长等环境因素的调控，这只是调节开花时机的一方面，我们发现还存在一个鲜为人知的新机制。”

研究人员指出，这一新机制中的关键基因是TMF（TERMINATING FLOWER），当它发生突变时，番茄就会由通常的复花序转变为单花序。尽管几十年来人们已经在拟南芥、水稻和玉米等多个植物系统中深入研究了开花过程及其涉及的基因，人们此前并不知道TMF基因在植物生长中有如此重要的作用。

研究显示，TMF调控着一条控制开花时机的新通路。TMF突变使植物误以为已经到了开花的时间，而实际上植物还处于长叶子的阶段。开花过程是受到严密调控的，TMF功能缺失时会使整个机制紊乱。当外部的光照和温度还没有达到让植物开花的条件时，植物还是会启动开花程序。由此看来，TMF是开花过程中的内部检验点，研究人员指出它的正常功能是延缓开花进程。

如果植物开花太快，其叶片就可能难以为花朵和果实提供足够的能量。不过研究人员指出，有些植物正是利用这一机制来调整自己花序上花朵的数量。在自然界中，一些植物可能开花较少反而更成功。

番茄所属的茄科包含有各种花序，这也是研究人员选取番茄作为模型的原因。他们希望通过了解控制开花的遗传学开关，帮助人们改造并提高番茄等作物的产量。（来源：生物通 叶予）

论文链接：Synchronization of the flowering transition by the tomato TERMINATING FLOWER gene