研究發現微重力信號整合至擬南芥開花途徑的潛在調控分子模塊

近日，中國科學院分子植物科學卓越創新中心科研團隊報道了我國空間站空間微重力作用于植物開花的實驗結果。研究發現，植物在轉錄水平上對微重力的響應包括GI-CO-FT模塊特異性和非特異性兩條途徑。GI-GO-FT特異性響應微重力，經由ERF、bZIP、bHLH和BES1轉錄因子共同調控的GCC-和CACGTG-元件，調控開花途徑關鍵基因的表達，進而改變GI-GO-FT模塊中關鍵基因的表達，導致植物對微重力的響應發生改變。

空間微重力環境下生長的植物表現出株型松散、發育遲緩、難以開花或結籽少甚至不結籽等問題。在植物的生長周期中，開花是植物從營養生長向生殖生長轉變的關鍵環節，決定了植物對環境的適應性和產量。在空間環境中，時期轉變階段植物對微重力的響應比其他發育階段更敏感。因此，解析空間微重力環境對植物開花調控的分子機理，將為選育和創制適應長期空間微重力環境的作物品種提供理論基礎。

為了探索在空間微重力環境中作物高效生產的途徑，團隊前期利用“天宮二號”空間實驗室和“實踐十號”科學實驗衛星，開展了系列空間植物開花的調控實驗。該研究利用我國空間站生命生態實驗柜中生長的擬南芥，由航天員在軌采集樣品并冷凍保存返回地面。返回的四種不同基因型擬南芥樣品（野生型、gi突變體、35S:CO和pHSP:GFP;pHSP:FT轉基因植株）與地面對照的比對分析發現，GCC元件在非特異性微重力響應基因中富集，而bZIP、bHLH和BES1轉錄因子共同調控的CACGTG元件，在GI-CO-FT特異性微重力響應基因中富集。這揭示了ABA、BR、GA和光信號途徑與微重力信號整合對空間植物開花的調控作用。

研究進一步發現，利用組成型啟動子和熱激啟動子過表達FT基因，能夠誘導微重力條件下擬南芥提早開花，并可以改變植物對微重力的敏感性，為后續利用基因工程的方法改造作物以適應空間微重力條件提供了新的技術途徑。

相關研究成果在線發表在npj Microgravity上。研究工作得到空間站應用與發展工程項目和國家自然科學基金的支持。

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