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JIPB | 刘路课题组在成花素转运调控机制方面取得新进展

来源：花匠小妙招时间：2025-05-02 12:31

高等植物由营养生长向生殖生长的转变过程叫做成花转变，这是植物生活史中最为重要的转变过程之一。成花转变受各种外界环境变化影响，对植物的发育和繁殖都有着至关重要的作用。以往的研究显示，FLOWERING LOCUS T (FT)蛋白是成花素最重要的组成成分，在诱导性的光照条件下，可在叶片伴胞处表达，随后FT蛋白通过筛管从叶片运输到茎顶端分生组织，促使植物开花。 对模式植物拟南芥的研究发现，植物可以感知周围环境温度的变化并主要通过调控FT的基因表达来调控开花时间（Pose et al., Nature, 2013; Lee et al., Science, 2013; Kumar et al., Nature, 2012）。但是FT蛋白的运输是否同样受到周围温度变化的影响却一直未知。

近日，Journal of Integrative Plant Biology在线发表上海交通大学刘路课题组和新加坡国立大学俞皓课题组合作发表的研究论文“ Florigen trafficking integrates photoperiod and temperature signals in Arabidopsis”。 该研究发现周围环境温度的变化调控FT蛋白从伴胞向筛管的运输，从而影响FT长距离运输到茎顶端分生组织。环境温度通过对FT基因表达和蛋白运输的双重调控，防止植物在低温环境下过早开花，从而确保植物在最有利的环境条件下实现物种的繁衍。

环境温度对FT转运的调控模型

对成花素的寻找以及成花素运输机理的研究始于上世纪30年代。前期研究发现并鉴定出拟南芥成花素运输的控制器FTIP1。FTIP1属于Multiple C2 Domain and Transmembrane Region Proteins (MCTPs)家族，它指引FT蛋白沿着内质网网络从伴胞通过胞间连丝运输到筛管（Liu et al., PLoS Biology, 2012）,该调控通路在单子叶植物水稻中也具有保守性（Song et al., Plant Cell, 2017）。随后研究发现，一个膜定位的SNARE蛋白SYP21可以和MCTP家族另一个蛋白QKY协同作用，参与调控FT在伴胞内向细胞膜方向定向运输（Liu et al., Plant Cell, 2019）。这两条通路共同作用影响FT在长日照下从伴胞向筛管的运输。此次研究发现FT蛋白运输也同时受到温度的控制。在低温环境下，FT蛋白从叶片向茎间的输送受到影响，FT蛋白大量聚集在韧皮部的伴胞中，从而阻碍FT蛋白从伴胞向筛管的运输。通过鉴定FTIP1、QKY和SYP121的突变体对低温的不同响应，课题组发现低温主要通过FTIP1和SYP121影响FT转运。该研究结果表明环境温度调节FT蛋白运输主要是由MCTP和SNARE共同介导的。

此项研究发现光周期和温度都同时介入成花素的转录和蛋白转运调控，近一步阐明了植物在复杂环境变化下的开花机理，对重要农作物的传统育种和性状基因工程改良提供了新的选择。

刘路副教授为论文的第一作者，并和俞皓教授为论文的共同通讯作者，博士研究生张禹也参与了该项研究工作。 上海交通大学为本论文的第一单位。该项目得到新加坡国立研究基金会、新加坡科学技术研究局（A*STAR）产业协调基金预先定位计划、新加坡国立大学、淡马锡生命科学研究院以及上海交通大学的支持。

参考文献

1. Kumar SV, Lucyshyn D, Jaeger KE, Alos E, Alvey E, Harberd NP, Wigge PA (2012) Tranion factor PIF4 controls the thermosensory activation of flowering. Nature484: 242-245

2. Lee JH, Ryu HS, Chung KS, Pose D, Kim S, Schmid M, Ahn JH (2013) Regulation of temperature-responsive flowering by MADS-box tranion factor repressors. Science342: 628-632

3. Pose D, Verhage L, Ott F, Yant L, Mathieu J, Angenent GC, Immink RG, Schmid M (2013) Temperature-dependent regulation of flowering by antagonistic FLM variants. Nature503: 414-417

4. Liu L, Liu C, Hou X, Xi W, Shen L, Tao Z, Wang Y, Yu H (2012) FTIP1 is an essential regulator required for florigen transport. PLoS Biol10: e1001313

5. Liu L, Li C, Teo ZWN, Zhang B, Yu H (2019) The MCTP-SNARE complex regulates florigen transport in Arabidopsis. Plant Cell 31: 2475-2490

6. Song S, Chen Y, Liu L, Wang Y, Bao S, Zhou X, Teo ZW, Mao C, Gan Y, Yu H (2017) OsFTIP1-mediated regulation of florigen transport in rice is negatively regulated by the ubiquitin-like domain kinase OsUbDKγ4. Plant Cell 29: 491-507