蓝光信号与温度信号协同调控光周期诱导成花的机制研究

Flowers are the reproductive organs of plants, flowering is a very important process of plant life cycle. The timing of the transition from a vegetative to reproductive phase is critical for reproductive success in plants. The regulation of flowering time has been a long-term interest for the agricultural research field. The photoperiodic flowering controls the geographical distribution of the crops, while ambient growth temperature also affects flowering, how do light signal and temperature coordinate to regulate flowering is very important for the agriculture. Blue light photoreceptor cryptochrome (CRY) is a key component of photoperiodic flowering, our recent data indicates that CRY1 is critical for the temperature responses (PNAS 2016), and blue light and temperature regulated COR27/COR28 are involved in flowering (Plant Cell 2016), and that higher temperature can complement the late flowering phenotype of cry2 mutant in long day, these results indicate that blue light and temperature coordinate to regulate flowering time. In this project we will try to identify key genes that mediate light and temperature regulated flowering by using Arabidopsis mutant screening and genome wide expression analysis. We then will study the function of those key genes, and uncover the mechanism of how do light and temperature coordinate to regulate photoperiodic flowering.

开花是许多高等植物生命周期循环的一个重要过程。作物的地理分布主要取决于光周期调控的开花时间差异。在相同光周期条件下，温度变化极大影响开花时间，因此光周期和温度协同调控开花时间的机制研究具有重要意义。我们前期的研究发现蓝光受体CRY1在温度响应中具有重要功能（PNAS，2016），蓝光和温度都可以调控COR27和COR28的表达而调控开花（Plant Cell 2016），以及升高温度（28ºC）可以互补cry2突变体在长日照条件下的晚花表型，表明温度和蓝光可以协同调控开花时间。本项目拟在前期研究基础上运用基因表达谱分析及拟南芥遗传学突变体筛选分析的方法获得介导蓝光与温度协同调控开花时间的关键新基因，并对所获得关键基因进行系统性功能研究，最终揭示蓝光与温度协同调控光周期诱导开花时间的分子机制。

开花是许多高等植物生命周期循环的一个重要过程。作物的地理分布主要取决于光周期调控的开花时间差异。在相同光周期条件下，温度变化极大影响开花时间，因此光周期和温度协同调控开花时间的机制研究具有重要意义。我们前期的研究发现蓝光受体CRY1在温度响应中具有重要功能，蓝光和温度都可以调控COR27和COR28的表达而调控开花，以及升高温度（28ºC）可以互补cry2突变体在长日照条件下的晚花表型，表明温度和蓝光可以协同调控开花时间。本项目在前期研究基础上运用基因表达谱分析及拟南芥遗传学突变体筛选分析的方法获得介导蓝光与温度协同调控开花时间的关键新基因LRBs, CIS1，CIS2, LRBs, BTR9等，并对它们进行系统性功能研究。我们发现CRY本身受到温度调控，其蛋白在高环境温度下稳定，而在低环境温度被降解。E3泛素连接酶LRBs参与调控低温下CRY2蛋白的泛素化修饰及降解，它们通过调控CRY2蛋白而参与温度响应。我们还发现CIS1通过调控温度调控开花中关键基因FLM的选择性剪接而参与温度调控开花时间。蓝光通过CRY2–CIS1–FLM信号通路调节温度调控开花，该信号通路将开花反应与光照和环境温度联系起来。通过酵母双杂交筛选获得COR27、COR28的结合蛋白COP1和HY5，发现COR27和COR28是COP1-HY5调节中枢的关键调节因子，通过调节HY5的活性来确保在黑暗中正常的生长和在光照下的正常发育。通过本项目的研究揭示了蓝光与温度协同调控光周期诱导开花时间的分子机制。在项目资助下，共发表SCI论文14篇，包括1篇Developmental Cell, 1篇Nature Plants，1篇Nature Communications, 1篇EMBO Journal, 5篇Plant Cell, 1篇EMBO Report，2篇New Phytologist。论文被专文评述、F1000推荐、入选ESI高被引论文，并受邀为Plant Cell杂志撰写综述论文，概述光温协同调控植物发育的研究进展。