科學網10月26日上海訊 《自然》雜志在線發表了中科院上海植物逆境生物學研究中心何躍輝研究組完成的題為“Embryonic epigenetic reprogramming by a pioneer transcription factor in plants(植物基因在胚胎發育早期的從頭激活分子機理)”的研究論文。在本研究中，該研究組進一步揭示了開花后的胚胎發育早期擦除‘低溫記憶’，激活FLC基因使下一代又需經歷冬季低溫才能在春季開花的分子機制。

　　據悉，該研究組于2016年12月在Nature Genetics報道了模式開花植物擬南芥在幼苗期，如何利用長期低溫(冬季)沉默開花抑制關鍵基因FLC的表達并隨后在常溫維持其沉默(‘低溫記憶’)的表觀遺傳機制，這一機理使植物能夠在隨后的春季開花(春化作用)。

　　春化作用是指某些植物必須經歷一段時間的持續低溫才能由營養生長階段轉入生殖階段生長的現象。植物如何響應并記憶長時間的低溫處理即春化作用一直是表觀遺傳學和發育生物學研究的熱點。解析植物如何響應冬季低溫，并在春季氣溫上升后能“記住”其冬季低溫經歷、以適時開花的分子機制，具有重要的理論和實際應用價值。它可確保植物避免在寒冷的冬季開花而在溫暖的春季開花以有利于結實。該機制的解析與作物栽培季節的選擇、跨地域的引種馴化等密切相關。

　　該研究組去年在Nature Genetics報道了擬南芥營養生長時期， 一類植物特有的基因表達調控因子識別 FLC基因上的DNA模塊 (低溫記憶元件), 從而沉默FLC表達;并且在氣溫上升后這些因子‘滯留’在FLC位點以繼續維持其沉默。這一發現解釋了在營養生長階段(幼苗期)擬南芥響應和記憶冬季低溫的分子與表觀遺傳機制。

　　該項研究揭示了開花后的胚胎發育早期擦除‘低溫記憶’，重新激活FLC基因的分子機制; 此外、研究發現了植物營養生長期的‘胚胎記憶’現象及調控這一現象的表觀遺傳機理。幼苗期的植株經歷冬季低溫后，FLC位點一直處于關閉狀態即使春季氣溫已回升，這種關閉狀態一直到成年期開花。開花后、在胚胎發育早期FLC被重新激活; 此‘胎性’激活狀態會傳遞到幼苗， 這樣就形成了苗期的‘胎性記憶’(好比成年人的幼時記憶)。因FLC在秋季的幼苗中處于激活狀態 (種子在秋季發芽出苗)， 從而防止植物在過冬前或過冬時開花。

　　專家表示，這項研究揭示了植物早期胚胎染色質狀態重編程的嶄新分子機制，同時也闡述了胚胎中的基因激活如何傳遞到發育后期的表觀遺傳機理，是開花調控分子與遺傳機制的重要突破。該研究不僅具有重要的理論意義，同時也為其在作物花期調控的生產應用提供了新的作用靶點。

　　據悉，逆境中心植物環境表觀遺傳學研究組的何躍輝研究員為通訊作者，陶增副研究員為第一作者;新加坡國立大學的俞皓實驗室合作參與了本項研究。該工作得到了中國科學院和科技部經費的資助。