PNAS:控制着种子萌发的基因也能调节开花时间
加利福尼亚大学戴维斯分校的研究者正在查看开花的莴苣。图片来源：加州大学戴维斯分校
2016年3月28日， 国际著名学术期刊《美国国家科学院院刊》杂志在线发表了加利福尼亚大学戴维斯分校种子生物技术中心(UC Davis Seed Biotechnology Center)和中国农科院植保所魏守辉研究组的研究发现，研究表明已知可以指导种子休眠深度和萌发时间的基因也可以影响开花。研究也揭示了同一个基因通过微小RNA调节着种子的萌发时间和成年植株的开花时间。
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就像大部分一年生植物一样，莴苣的生命随着季节的更迭就像是一出安静的三幕剧。种子经休眠后发芽;新芽出现并生长;高潮是开花，产生新一代的种子。这规律是可预测的，但科学家还没有充分地理解遗传机制是怎样在环境因素的影响下协调这个变化过程的。
在最近对莴苣及模式植物拟南芥的研究中，加利福尼亚大学戴维斯分校种子生物技术中心(UC Davis Seed Biotechnology Center)和中国的研究人员首次发现，已知可以指导种子休眠深度和萌发时间的基因也可以影响开花。进一步研究表明，基因通过影响某些微小核糖核酸——一种小片段的遗传物质从而控制植物从一个生命周期转变到另一个周期。
这项发现对美国年产值19亿美元的莴苣作物有重要意义，有关该发现发表于3月28日的《美国科学院院刊》上。
“这表示‘延迟萌发1’(DOG1)基因是一个环境传感器，可以监测环境变化并使植物既保持种子休眠状态又延迟开花。”论文作者、种子生物技术中心主任植物学家Kent Bradford说。
“目前生长季节正在随着气候而变化，我们必须培育可以适应这种环境变化的植物。面对这样的问题，这个基因是一个非常有用的工具。”Bradford说。
一年生开花植物的生活周期——尤其是种子发芽和开花——必须在适当的季节进行。如果开花植物过早发芽，幼苗可能在温度足够高之前就出现。
生命周期与环境条件之间的协调对栽培作物来说同样重要。如果植物对早期温度升高做出响应，在最有经济价值的菜头形成之前就开花结籽花，整株的莴苣作物就失去了价值。
在新的研究中，研究人员发现抑制莴苣或者拟南芥的DOG1基因会降低一种微小核糖核酸的水平并增加另一种的水平。结果，植物的种子更早发芽，开花时间也会比正常情况要早。
“这为协调种子休眠与开花特性以适应环境提供了分子遗传机制方面的证据，”Heqiang "Alfred" Huo说，他是Bradford实验室的一名博士后研究员。
“我们的研究结果还表明，种子休眠和萌发之间的时期是植物生命周期中的一个独特阶段。这个阶段似乎受到了同一种控制植物成熟和开花的微小核糖核酸系统的影响。”Huo说。
原文链接：
DELAY OF GERMINATION1 (DOG1) regulates both seed dormancy and flowering time through microRNA pathways
原文摘要：
Seed germination and flowering, two critical developmental transitions in plant life cycles, are coordinately regulated by genetic and environmental factors to match plant establishment and reproduction to seasonal cues. The DELAY OF GERMINATION1 (DOG1) gene is involved in regulating seed dormancy in response to temperature and has also been associated genetically with pleiotropic flowering phenotypes across diverse Arabidopsis thaliana accessions and locations. Here we show that DOG1 can regulate seed dormancy and flowering times in lettuce (Lactuca sativa, Ls) and Arabidopsis through an influence on levels of microRNAs (miRNAs) miR156 and miR172. In lettuce, suppression of LsDOG1 expression enabled seed germination at high temperature and promoted early flowering in association with reduced miR156 and increased miR172 levels. In Arabidopsis, higher miR156 levels resulting from overexpression of the MIR156gene enhanced seed dormancy and delayed flowering. These phenotypic effects, as well as conversion ofMIR156 transcripts to miR156, were compromised in DOG1 loss-of-function mutant plants, especially in seeds. Overexpression of MIR172 reduced seed dormancy and promoted early flowering in Arabidopsis, and the effect on flowering required functional DOG1. Transcript levels of several genes associated with miRNA processing were consistently lower in dry seeds of Arabidopsis and lettuce when DOG1 was mutated or its expression was reduced; in contrast, transcript levels of these genes were elevated in a DOG1 gain-of-function mutant. Our results reveal a previously unknown linkage between two critical developmental phase transitions in the plant life cycle through a DOG1–miR156–miR172 interaction.
作者：Heqiang Huo, Shouhui
