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《科学》:春季花儿何时开由蛋白质控制

时间:2005-07-12 17:43来源:Scientific American 作者:bioguider 阅读:
The bursting blooms of many types of flowers herald the onset of spring. New research is helping scientists unravel the cellular signaling that prompts the plants to blossom after their winter slumber. According to a report published in today's issue of the journal Science, the action of one protein that responds to daylight starts a chain reaction that allows flowering to commence.

Previous research had identified a protein called CONSTANS that manages a plant's flowering in response to changes in day length. In the new work, Steve A. Kay(http://www.scripps.edu/cb/kay/index.htm,) and his colleagues at the Scripps Research Institute identified a second protein, FKF1, that exerts control over CONSTANS and thus also regulates flowering. Using hybrid plants, the researchers determined that FKF1 physically interacts with a transcription factor (CDF1), which in turn suppresses CONSTANS. FKF1 serves to degrade CDF1, so mutant plants lacking the fkf1 gene have higher levels of CDF1. In addition, they also flower later than normal plants do and show lower levels of CONSTANS activity.

In wild plants, the longer days that accompany springtime allow the light-sensitive FKF1 to destroy more CDF1 in the afternoon, which in turn lifts the constraints on CONSTANS and allows flowering to proceed, the scientists say. FKF1 also promotes transcription of CONSTANS during the critical time period for flowering, the team reports, but that mechanism remains less well-understood.



研究发现植物感知春天的详细机理 http://www.biotech.org.cn/news/news/show.php?id=12179



        2002年《自然》报道:雪花莲在冬季最后一场雪中盛开,风信子在春天的原野中绽放,菊花与桃花不会一处开。美国科学家发现,植物开花的时间可能由一个基因掌握着。这个名叫CONSTANS(常数)的基因,使植物能感知白昼的长短,在合适的时候开花。这一发现将有助于培育适应不同气候的植物新品种1。

  开花是植物最重要的决策之一,开得太早可能没有合适的昆虫授粉,太晚了则没有充足的时间结果、成熟。科学家早就发现,植物能靠光照来感知白昼的长短,以判断季节、决定开花与否。

  美国加利福尼亚州Scripps研究所Marcelo Yanovsky和Steve Kay在2002年9月19日出版的英国《自然》杂志上报告说,他们对模型植物拟南芥的研究表明,只有当拟南芥植株内的CONSTANS基因产生的蛋白质含量高于某一极限、同时植物被阳光照到的时候,才会开始开花。而CONSTANS蛋白质的含量受到拟南芥生物钟的精确控制,例如只有白昼较长时,白天植株中的该蛋白质含量才会较高。

  此外,阳光的波长组成也很重要,为了开花,植株内有两种光受体蛋白质需要激活:蓝光受体隐花色素2(cryptochrome 2)和光敏色素A(phytochrome A),它们分别吸收蓝光和红光。当所有这些条件都满足时,CONSTANS蛋白质会激活一个称为FLOWERING LOCUS T的基因,进而启动一连串数百个必须的基因,促使植物开花。

  拟南芥在白昼长于某个限度时才开花,有的植物则相反,需要白昼短于某一限度才开花,例如稻子等一些重要的农作物。从分子水平上理解开花时间控制机制,将来可以通过转基因手段培育新的作物品种,适应不同纬度的地区。



        据英国Nature,2003,426:302报道,美国科学家通过对鼠耳芥的研究发现,FKF1蛋白与光的共同作用使CONSTANS蛋白在白天达到峰值,而后者则诱导开花位点(FT)表达,导致在长日照条件下开花。

        FKF1的表达受生物钟控制,其转录在晚上达到峰值。光照与FKF1表达的联合作用诱导CONSTANS在白天表达。FKF1含有LOV功能域,具有蓝光受体的特性。蓝光可以有效地激活FKF1的功能,从而诱导CONSTANS在下午到黄昏期间表达,这个时段CONSTANS对诱导FT的表达非常重要。

        生物对季节变化的适应是其生存战略的重要组成部分。为了监测季节变化,生物形成了测定光周期的能力。鼠耳芥通过开花的光周期控制来测定日长,这一过程通过对CONSTANS和FT表达的精确计时来实现。而FKF1与光照的协同作用则诱导了CONSTANS的表达。由此可以得到一个更为完善的框架,以进一步探索鼠耳芥开花的光周期控制。同时,科学家还发现FKF1、ZTL和LKP2蛋白可能组成了鼠耳芥的一个蓝光光受体家族。



        2004年《Science》报道:是日照长度而不是土拨鼠影子的长度触发了春天的花开:一项新研究有助于解释为什么日照长度如此重要。研究人员描述了植物的一种光探测器和生物钟是如何共同工作,通过调节基因Constans的蛋白质表达来启动花开的。他们对阿拉伯芥植物的实验可能也适用于许多春天开花植物的特征。Federico Valverde和来自德国、以色列的同事说,部分感光器促进了Constans蛋白质的退化。其它的感光器在白天抑止了这种蛋白质的退化。当白天在春天变长时,这些“Constans-监护”感光器工作的时间更长,有助于维持更多这种蛋白质。当开花蛋白质聚集到足够数量时,它们就会激活启动春天花开的基因。(责任编辑:泉水)
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