開花調控的分子遺傳學涉及表觀遺傳記憶、長距離訊號和演化多樣性。
Florigen 的分子身份
Corbesier et al.(2007, Science 316: 1030)通過嫁接實驗和 FT 蛋白的免疫偵測直接證明 FT 蛋白(而非 mRNA)從葉片經韌皮部運輸到 SAM。Taoka et al.(2011, Nature 476: 332)解析了水稻 Hd3a(FT 同源物)-14-3-3-OsFD1 三元複合體的結構:Hd3a(磷脂酰乙醇胺結合蛋白 PEBP 家族)與 14-3-3 蛋白形成 florigen activation complex(FAC),14-3-3 橋接 Hd3a 和 OsFD1,使 FAC 結合到 AP1 啟動子的 CArG box。FT 的單一氨基酸變化(Tyr85 → His)轉變為其拮抗體 TFL1(TERMINAL FLOWER 1,抑制開花)——Pin et al.(2010, Science 330: 1397)在向日葵中利用此殘基的變異解釋了早/晚花品種的分化。
FLC 的表觀遺傳沈默
FLC 是植物表觀遺傳學的最佳研究模型。未春化前 FLC 呈活化態(H3K36me3, H3K4me3)。春化過程中:(1) 低溫誘導 VIN3 和 COOLAIR(FLC 的反義 lncRNA),形成 VIN3-VRN5-PRC2 複合體;(2) PRC2 催化 FLC 基因座的 H3K27me3 擴散——Berry et al.(2017, eLife 6: e31977)以數學模型和實驗證明 H3K27me3 的 nucleation-spreading 機制是溫度信號的數位化讀出(all-or-none at each allele),低溫天數→越多 alleles 被沈默→ FLC 表現量連續下降。(3) 回到溫暖後,H3K27me3 由 LHP1(chromodomain 蛋白)和 PRC2 的正反饋維持穩定,形成「冬天的記憶」——有絲分裂穩定但減數分裂時被重設。
光週期感知的分子時鐘
CO 蛋白的穩定受光質量調控:(1) COP1/SPA 在黑暗中泛素化降解 CO;(2) 紅光活化的 phyB 也促進 CO 降解;(3) 藍光受體 CRY2 在傍晚結合 COP1/SPA 使其失活 → CO 在長日的傍晚累積。Valverde et al.(2004, Science 303: 1003)提出「外部一致模型」(external coincidence model):只有當 CO mRNA 的高峰(由時鐘控制在傍晚)與光照期重疊時,CO 蛋白才能穩定 → 活化 FT → 長日照開花。短日照時 CO mRNA 高峰在黑暗中,CO 蛋白被降解。
文獻參考:Corbesier, L. et al. (2007). Science, 316, 1030-1033. / Berry, S. et al. (2017). eLife, 6, e31977.
