microRNA介导植物成花素基因表达调控的机理研究

The time of flowering is critical for the adaptation of plants to a given environment. As the most important integrator in endogenous and environmental flowering pathways, the florigen protein FT has been the focus of attention for many plant scientists. So far, the findings about FT regulation have only been centered on players transcriptionally controlling FT, yet other layers of FT modulation remain elusive. Supported by previous NSFC, we identified a miRNA (miR5200) that modulated FT othologous mRNAs and played an important role in photoperiod-mediated flowering time control in Brachypodium. Nevertheless, we still didn’t know which components in day-length pathway could directly influence miR5200 expression and whether miR5200 is involved in plant hormone and ambient temperature flowering pathways. In this project, through genetics and molecular biological approaches, we will perform three aspects of research on miR5200, including: (1) Identify proteins acting on miR5200 upstream in photoperiod flowering pathway; (2) Investigate the function mechanism of miR5200 regulators; (3) Clarify the flowering pathways that miR5200 involves in. Results from this project will not only provide novel molecular insights into FT regulation at posttranscriptional level, but may also set a foundation for developing technologies to improve heading-date traits in temperate cereals.

开花时间早晚直接决定作物品种的广适性。作为最重要的开花路径整合因子，成花素由FT基因编码，在不同植物中相当保守。尽管目前报道了大量FT基因调控因子，但其均在转录水平调控FT，FT 是否受转录后水平少有报道。经前期青年基金支持，我们发现了模式植物短柄草中miR5200可以通过剪切FT mRNA直接参与光周期介导的植物开花过程。然而，miR5200受光周期路径哪些蛋白的直接调控、miR5200是否受其他开花路径的影响还不清楚。本项目将通过遗传学、分子生物学等方法，开展三方面研究：（1）寻找光周期路径中调节miR5200表达的直接上游因子；（2）阐明miR5200上游调控因子的分子作用机制；（3）明确miR5200表达是否受环境温度、植物激素开花路径的影响。本研究不仅将为解析植物在转录后水平调控FT基因表达的分子机制提供直接基础，而且将为小麦等温带禾谷类作物广适性育种提供理论依据。

开花是植物生命延续的重要过程，解析植物开花机制可为作物抽穗期性状改良奠定理论基础。FT编码植物开花成花素信号分子，在各条开花路径中发挥整合因子作用。FT家族蛋白的生物学功能和基因表达调控研究对于解析各条开花通路具有重要意义。. 先前我们发现miR5200受短日照条件诱导，通过剪切FT1与FT2 靶标mRNA，抑制二穗短柄草在短日照条件开花，参与光周期开花途径。本项目我们一方面通过分子生物学方法，发现NF-YB类转录因子可以结合MIR5200基因顺式作用元件，可能通过调控成熟miR5200表达，介导二穗短柄草光周期开花调控；另一方面，我们发现了一个与miR5200类似、在短日照条件下诱导的FT家族基因（FTL9）。生化手段证明，FTL9可以与14-3-3和FD相互作用，形成开花诱导复合物；遗传学研究证明，在短日照条件下，ftl9突变体开花时间显著延迟，而过量表达FTL9的转基因植株开花提前，表明FTL9是二穗短柄草在短日照条件开花的促进因子。有意思的是，过量表达FTL9的转基因植株虽然短日照开花提前，但晚于FT1过表达转基因植株，暗示FTL9诱导开花的能力较弱；进一步生化研究证明，与FT1相比，FTL9开花诱导复合物激活下游开花基因的能力较弱，且FTL9 PEBP结构域是造成其特异生物学功能的重要原因。该研究为揭示长日照植物为何可以在短日照条件开花这一长期困扰人们的问题提供了很好的解释，相关研究成果2019年发表在Nature Communications上，且被F1000推荐为优秀论文，本项目为第一标注。. 此外在本项目资助下，我们还发现FT2可以发生选择性剪切，后续研究证明FT2的可变剪切介导了二穗短柄草年龄开花调控。相关研究成果发表在2017年Nature Communications上。. 本项目资助的研究成果为揭示禾本科植物特异成花机理提供了重要启示。