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孔凡江/刘宝辉团队解析短日照下大豆应对高温的开花反应机制

来源：花匠小妙招时间：2025-05-19 06:04

“竹外桃花三两枝，春江水暖鸭先知。”出自宋代词人苏轼的《惠崇春江晚景二首》，描写生物察觉到初春江水的回暖的情景。而作为不能移动的生物，植物需要更加灵敏的感觉外界环境的变化，作出相应的调整适应环境才能在这多变的自然生存下来。全球变暖是地球上所有动植物都面临的环境威胁，植物物种在面临高环境温度时，通常会提前开花，作为确保成功繁殖的一种适应性策略。然而，在最近发表于Plant Biotechnology Journal的题为“Diverse flowering responses subjecting to ambient high temperature in soybean under short-day conditions”研究中，当大豆受到不同水平的高温时，该团队鉴定到两种截然相反的开花反应，相比于正常温度25°C，大豆在30°C下促进开花，但在35°C下延迟开花。进一步该团队发现大豆成功开花和繁殖采用了不同的分子机制，其中phyA-E1光周期途径对35°C介导的晚花至关重要，但在该途径在30°C时不促进开花。该研究为揭示各种作物在高温下复杂的开花和繁殖反应开辟了一条道路，这些反应最终决定了作物在面对气候变化和全球变暖时的适应性和粮食产量。

由于在低纬度地区，夏季种植大豆时，通常会遇到高温天气，为了研究高温对大豆产量的影响，该团队通过用两种不同的生态型Harosoy和W82，分别在短日照（12L/12D）25°C，30°C和35°C的条件下种植植物，发现这两种生态型均出现了30°C早花，而35°C条件晚花的表型。进一步，该团队又挑选了不同的生育期组的生态型：HH43 （MG 0），SN14 （MG Ⅰ），JD17, （MG Ⅱ），ZH13 （MG Ⅲ）和Lee（MG VI）同样把他们放在这三种条件下观察花期，在30度他们都表现出早花。而在35°C，早熟组的HH43 和SN14表现为高温不敏感，而晚熟组的ZH13 和Lee表现为极其晚花。

通过对比这些生态型的E1、phyA2和phyA3的基因型，我们可以发现光周期途径的E1、PHYA2和PHYA3基因在35度的晚花中起着非常重要的作用。通过用CRISPR-Cas9对phyA2 phyA3和phyB1 phyB2基因进行敲除并且观察表型发现，是phyA2 phyA3而非phyB1 phyB2基因在35°C的晚花中起作用。同样，对E1家族的三个基因敲除获得e1 e1la e1lb三突变体，它也对35°C的晚花不起作用。有意思的是，不论是phyA2 phyA3，phyB1 phyB2还是e1 e1la e1lb，他们仍然都表现为30度早花。说明很有可能35度的晚花是依赖于phyA-E1这个光周期信号通路的，而30度的早花则具有完全不同的机制。

进一步，通过用phyA2phyA3以及e1 e1la e1lb突变体以及对下游开花基因的研究，发现35度的晚花是通过phyA-E1调控FT的表达完成的，而30度则通过不依赖于E1的方式上调FT2a和FT5a完成的（图一）。

（图一）

广州大学分子遗传与进化创新研究中心的讲师汤杨，教授芦思佳和副教授方超为文章的共同第一作者，孔凡江教授，林晓雅讲师为文章的共同通讯作者，广州大学为第一通讯单位。该研究得到了国家自然科学基金重大项目、重点项目、青年基金项目与广东省基础与应用重点项目研究的资助。

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所属分类：花卉