MT和SL在菊花开花调控上的应用。（SDs表示短日照条件， Mock表示没有用激素处理， +表示用相应的激素进行处理导致花期改变）

本报记者 王方

开花既是植物最美的瞬间，更是植物生命进程中进行生殖转换的标志性事件。适时开花对植物完成生活史意义重大，同时对观赏植物的周年生产及供应亦很关键。

科学家之前研究发现，褪黑素（Melatonin，MT）和独脚金内酯（Strigolactone，SL）是植物体内的重要激素，在植物生长发育进程中有重要作用，但这两种激素单独或协同调控植物开花的分子机制尚不清楚。

近日，南京农业大学科学家的研究揭示了褪黑素和独脚金内酯在拟南芥开花方面的内在联系。相关论文成果在线发表于《松果体研究杂志》（Journal of Pineal Research）。

该团队研究发现，与野生型拟南芥（Col-0）相比，独脚金内酯合成和信号途径的两个突变体max4-1、d14-1具有明显的早花表型。有趣的是，通过超高效液相色谱（UPLC）对褪黑素含量进行测定，发现max4-1和d14-1两个突变体中褪黑素含量都明显高于野生型，参与褪黑素合成的两个基因SNAT和COMT的表达量也显著上调。但当外源喷施褪黑素后，max4-1和d14-1开花时间却比野生型更晚。

对开花关键基因表达水平进行定量显示，外源褪黑素处理后，两个突变体中的促进开花基因SPL3、SPL4、SPL9、AP1和SOC1的表达水平明显受到抑制，但FLOWERING LOCUSC（FLC）的表达量明显升高。

“FLC是抑制开花的基因，通俗地讲FLC是开花过程中的‘刹车’因子。植物体内该因子多了，开花进程就会受阻，从而导致开花延迟。”通讯作者、南京农业大学园艺学院教授蒋甲福向《中国科学报》介绍。

进一步研究发现，在拟南芥开花调控过程中，褪黑素存在“安全”阈值。在此阈值内，内源独脚钠酯通过抑制SPLs基因的表达从而抑制开花；但在阈值范围外，独脚金内酯会通过抑制褪黑素的合成，进而促进开花抑制基因FLC的表达来抑制开花。

也就是说，褪黑素抑制开花存在剂量效应。蒋甲福介绍，“在拟南芥中，我们发现植株体内褪黑素浓度在约0.9~8 ng/g F.W 时，其可以维持自身的开花调控模式，但一旦低于0.9 ng/g F.W，则开花提前，高于8 ng/g F.W，则开花推迟。”

这些结果表明，褪黑素信号路径可能存在于独脚金内酯信号路径的下游，通过激活FLC的表达，导致开花推迟。

这一研究成果的发表，不仅拓展了人们对植物激素互作调控开花的认识，也为深入探索褪黑素和独脚金内酯两个激素调控植物花期的分子机制奠定了良好基础，具有重要科学意义和应用前景。

目前，该团队已把该调节机制应用到菊花开花控制上：在实验条件下，外源施用内源独脚钠人工合成类似物GR24可以促进菊花开花，而褪黑素则抑制开花。

“GR24可以使菊花这种短日照植物提前开花，短日照下可以提前1个月左右；长日照下不处理的菊花不能开花，施用GR24后便可以让菊花现蕾。褪黑素可使其延迟20天左右。当然让菊花提前或推迟开花与施用剂量有关，GR24用10μM、褪黑素用200μM有显著效果。”蒋甲福介绍。

团队希望将来能通过使用激素替代菊花生产过程中的光周期调控，从而节约能源和生产成本（加光延迟花期，遮光提前花期），实现菊花的周年生产。

该论文的署名单位为南京农业大学，园艺学院博士生张子昕为论文第一作者，教授陈发棣为共同通讯作者。

相关论文信息：DOI: 10.1111/jpi.12582

原文链接：http://news.sciencenet.cn/sbhtmlnews/2019/5/345723.shtm?from=groupmessage&isappinstalled=0