楊秀蓮，賈瑞瑞，施婷婷，祝艷艷，嚴 欣

觀賞植物花期調(diào)控分子生物學研究進展

楊秀蓮1, 2，賈瑞瑞1, 2，施婷婷1, 2，祝艷艷1, 2，嚴 欣1, 2

(1. 南京林業(yè)大學風景園林學院，南京 210037；2. 風景園林江蘇省重點實驗室，南京 210037)

花期對于植物的觀賞價值具有重要影響，調(diào)控觀賞植物的花期對其開發(fā)推廣和園林應(yīng)用具有關(guān)鍵性的作用。近些年來，隨著觀賞植物成花分子機理的研究的逐漸深入，揭示了觀賞植物花期調(diào)控的多條新途徑，主要包括光周期途徑、溫度途徑、赤霉素途徑、自主途徑和年齡途徑等。本綜述系統(tǒng)總結(jié)了觀賞植物不同開花期調(diào)控途徑的成花機理及其分子生物學研究進展，并對觀賞植物花期調(diào)控的技術(shù)做了基礎(chǔ)分析和展望，以期為植物花期調(diào)控的理論研究和技術(shù)方案提供參考。

觀賞植物；花期調(diào)控；成花機理；基因工程

凡以觀賞為目的具有一定觀賞價值的觀葉、觀芽、觀莖、觀花、觀果等植物，統(tǒng)稱為觀賞植物[1]?；ㄆ谑怯^賞植物重要的觀賞性狀，調(diào)節(jié)花期具有重要的意義。通過花期調(diào)控，可以提前或延遲開花，使觀賞植物在一年四季均衡開花，也可以使不同花期的花卉在同一時期集中開放，豐富觀賞花卉的種類，滿足不同的季節(jié)、展覽、慶典活動的需求，花期調(diào)控還可以對觀賞花卉在市場上的供銷平衡進行調(diào)節(jié)，解決花卉市場的淡旺季問題。同時，花期調(diào)控可以解決父母本花期不遇的問題，使其同時開花，從而培育出豐富的性狀優(yōu)良花卉新品種?；ㄆ谡{(diào)控是改良觀賞植物品種性狀的重要手段之一，本文就觀賞植物的不同成花途徑的分子機制以及觀賞植物花期調(diào)控技術(shù)進行綜述。

1 觀賞植物的成花分子機理研究

開花是植物生命代謝活動過程中一個極其重要的階段，植物在合適的時間開花是實現(xiàn)其順利繁衍后代的關(guān)鍵過程。近幾十年來，學者研究了不同植物成花誘導的分子生物學機理，總結(jié)了多條調(diào)控植物開花途徑的分子生物學機制，植物開花受到光周期途徑、赤霉素途徑、春化途徑、自主途徑、年齡途徑、環(huán)境溫度途徑等多種途徑的調(diào)控。這些途徑相互之間形成了一個復雜而龐大的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，控制下游Suppressor of overexpression of CO 1（）、Flowering locus T（）和Flowering locus C（）等基因來調(diào)控植物成花和開花時間。

1.1 光周期途徑

Jackson[2]的研究表明，影響植物開花時間的主要環(huán)境因素是光周期，且光周期不僅影響著植物的開花進程，還控制著動物甚至真菌的許多發(fā)育反應(yīng)。在光周期途徑中，植物啟動或關(guān)閉開花程序是植物葉片通過感光物質(zhì)-光受體-感受光誘導的信號進行。植物晝夜規(guī)律的形成是由于光受體受到光信號刺激從而產(chǎn)生一種平衡，當光受體的量發(fā)生變化時，將會破壞晝夜規(guī)律的平衡從而促進一些基因表達(或關(guān)閉)進而啟動(或抑制)植物開花進程。植物通過自身的生物鐘來感受光周期的變化，并且根據(jù)日照時間的長短來調(diào)節(jié)植物開花的時間[3-4]。

光周期途徑中的一個關(guān)鍵基因Constans（）可以通過直接激活下游基因的表達使植物開花[5]?；虻谋磉_受生理節(jié)律影響，白天植物生物鐘調(diào)節(jié)途徑通過接收光信號，影響GIGANTEA（）的表達。在模式植物擬南芥（）中，GI可以與FLAVIN-BINDING KELCH REPEAT F-BOX 1（FKF1）形成復合體，泛素化降解表達抑制因子CDF1。因此，CO 蛋白在白天穩(wěn)定，而黑暗時會被蛋白酶降解[5-6]。另外，GI還與RED AND FAR RED INSENSITIVE 2 （RFI2）相互作用，抑制在一天中不適當?shù)臅r間表達。還有研究顯示CO與核因子Y（NF-Y）的B和C亞基締合以形成NF-CO復合物促進表達，而Polycomb（PcG）蛋白會沉默表達。NF-CO通過結(jié)合到遠端增強子的NF-Y復合物協(xié)同作用，以降低PcG蛋白質(zhì)的水平，導致Polycomb沉默解除，從而賦予擬南芥開花的長時間誘導[7]。在擬南芥中，關(guān)鍵的成花信號FT的表達被CO這一BBX蛋白正向調(diào)控，該蛋白與16個CO樣蛋白具有高度的序列相似性。Steinbach還研究了擬南芥 Constant-like 4的作用，它在花期控制中的具體調(diào)節(jié)機制尚不清楚。結(jié)果證明，與不同，是長日(LD)和短日(SD)的開花抑制因子，并作用于和樣基因的表達以及Constans 1的過表達抑制因子()[8]。表達量的降低導致和APETALA 1 ()表達量的增加，加速開花，表達量的增加導致開花延遲（圖1）。另外，在文心蘭(）中分離了基因的同源基因及另外2個基因(8和9)，其在長、短日照條件下表達的峰值及時間均存在差異，在花芽分化時期的葉片中表達量均顯著上調(diào)。、與基因均受到生物鐘和日長調(diào)節(jié)，在光周期途徑中，可能通過上調(diào)它們的表達以促進文心蘭花芽的形成。該研究結(jié)果為進一步研究光周期調(diào)控文心蘭開花機制奠定了基礎(chǔ)[9]。

近年來，相關(guān)學者對菊花開花的分子生物學調(diào)節(jié)機制進行了多年的研究并取得了重大成果。菊花的成花過程是復雜的、精密的、彼此之間又相互聯(lián)系的，在其成花過程中，cmo-miR156基因的表達受基因的直接調(diào)節(jié)，SPL家族成員基因、和受cmo-miR156調(diào)控進而誘導、和Fruitful()成花基因的表達[10]。近期研究發(fā)現(xiàn)，抑制表達的9的同源基因—8，通過直接靶向成花素基因，參與了光周期不敏感的夏菊的開花調(diào)控。該研究結(jié)果解析了日中性菊花開花的光周期的分子機理，為菊花光周期不敏感分子育種奠定了理論基礎(chǔ)[11]。另外，信號整合因子FT、SOC1調(diào)控蘭花開花進程的研究也取得了一些進展，墨蘭（）和建蘭（）的基因的同源基因在長日照條件下表達量上升，但長日照條件下春蘭基因的同源基因比在短日照條件下表達量低[12]，該現(xiàn)象表明不同的蘭花品種的開花調(diào)控基因?qū)庵芷诘姆磻?yīng)也不同。

注：實線表示促進作用 虛線表示抑制作用。

Figure 1 Photoperiod pathway in

光周期途徑中植物的花期調(diào)節(jié)也受到DNA甲基化的影響[13]。Iwase等人研究了DNA甲基化抑制劑胞苷類似物5-氮雜胞苷（5-azaC）和Zebularine等誘導植物的矮化和開花現(xiàn)象，證明這兩種物質(zhì)都能引起DNA去甲基化，同時研究還表明當長日照植物牽牛無長日照條件誘導時，用Zebularine抑制劑處理也能使牽牛植株開花[14]。另外引起DNA去甲基化的azaC在非誘導光周期條件下可誘導長日照植物高雪輪()和短日照植物紫蘇()的開花[13]。該研究表明DNA甲基化調(diào)節(jié)植物開花基因的表達是光周期誘導植物開花途徑的另一種方式，但在此過程中，具體哪些開花調(diào)節(jié)基因發(fā)揮作用尚不清楚，還有待進一步研究，但有一點通過現(xiàn)有研究可以得到，即低水平的DNA甲基化更能夠促進開花。

1.2 赤霉素途徑

赤霉素(Gibberellins, GA)途徑是植物能利用自身激素（赤霉素）來調(diào)節(jié)開花[15]。GA不僅影響莖的伸長，還與植物的很多發(fā)育過程有關(guān)，GA在有些植物中可以促進開花，如擬南芥；在有些植物中可抑制開花，如玫瑰。前人研究了野生玫瑰與反復開花的玫瑰雜交而成的短季雜交品種‘Felicite et Perpetue’和可反復開花的玫瑰品種‘Little White Pet’，測定了兩個品種莖尖中GA的濃度，在‘Felicite et Perpetue’中，當GA濃度較低時，花朵開始生長，當氣體濃度較高時，花朵生長則受到抑制，而在‘Little White Pet’中，GA在整個生長季節(jié)都保持在允許的水平[16]。

另外，GA還通過激發(fā)SOC1、花分生組織識別基因Leafy()和基因的激活表達，誘導植物開花。目前的研究發(fā)現(xiàn)與赤霉素途徑相關(guān)的基因主要有兩類：一類是 GA 生物合成相關(guān)基因，包括(GA20氧化酶)、（GA2氧化酶）和(GA3氧化酶)等[17]，高水平的生物活性GA可以觸發(fā)一種反饋機制，抑制某些和基因的表達并上調(diào)[18]；另一類為 GA 信號轉(zhuǎn)導關(guān)鍵基因，DELLA蛋白，包括 GAI(赤霉素不敏感因子)、RGA (ga1-3阻遏因子) 和3個DELLA蛋白RGL1、RGL2和RGL3等[19]，對赤霉素途徑起負調(diào)節(jié)作用。Yan等人最新研究發(fā)現(xiàn)了赤霉素參與調(diào)控光周期開花的分子機理，研究表明受光周期調(diào)控的F-box蛋白FKF1能夠與GA信號關(guān)鍵抑制因子DELLA直接互作，通過構(gòu)成FKF1-DELLA反饋調(diào)控環(huán)介導光周期信號和GA信號協(xié)同調(diào)節(jié)植物的開花[20]。

近年來DNA甲基化也被證明與觀賞植物成花誘導的GA途徑有關(guān)。用GA處理杜鵑花（）芽導致DNA甲基化水平降低并使杜鵑出現(xiàn)早花現(xiàn)象。該研究表明GA導致的DNA甲基化水平降低會影響植物的開花時間[21]。此外，micRNA也可通過調(diào)節(jié)開花相關(guān)靶基因的表達來調(diào)控花期。在水稻中，研究發(fā)現(xiàn)了一種miRNA途徑，它引導DNA在產(chǎn)生它們的同一個位點上甲基化以及在它們的目標基因上的反式甲基化，此外，它還參與基因調(diào)控[22]。近年來研究發(fā)現(xiàn)，涉及植物花期調(diào)控的micRNA家族總共有3個：miR159、miR172和miR156，不同micRNA在植物花芽分化和成花誘導過程中發(fā)揮不同的作用[23]。其中，miRNA172及其靶基因1和3的表達呈負相關(guān)，這表明這一遺傳途徑正在影響的表達。植物激素GA強烈影響開花時間，這部分是通過上調(diào)LFY來實現(xiàn)的[24]。另外miR159的超表達會推遲開花，并伴隨MYB33和LFY水平的降低，MYB33和LFY是赤霉素途徑的靶基因[23]。因此有學者推測，植物中一部分miR159可能是通過赤霉素途徑參與調(diào)控植物花期，但具體調(diào)控機制尚不明確[25]。

1.3 溫度途徑

1.3.1 春化途徑 溫度是影響植物開花時間的另一主要環(huán)境因素。春化作用是指某些植物必須經(jīng)歷一段時間的持續(xù)低溫才能夠開花的現(xiàn)象。FLC是一種有效的開花抑制因子[26]，春化途徑還通過抑制基因的表達來調(diào)控開花；基因是一種開花促進因子，在低溫條件下基因在芥菜（）的莖尖和葉片中的表達量上升，表明持續(xù)一段時間的低溫抑制了開花抑制因子FLC的表達[27]。Müller等[28]的研究表明，基因通過抑制其下游兩個促進開花的基因和的表達而延遲擬南芥開花，同時，春化時間會影響基因是否完全沉默，如果春化時間不足以使基因完全沉默，觀賞植物的花期將會被推遲[29]。在低溫條件下，包裹在基因DNA周圍的組蛋白被逐步修飾，進而導致該基因的表達關(guān)閉，最終讓植物在氣溫上升后，能夠從發(fā)育階段切換到開花階段[30]。Liu等人研究得出擬南芥Apetela 1（）基因在轉(zhuǎn)基因株系中的表達早于野生型植物，而開花位點基因則受到抑制，說明這些轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控的改變導致了開花的弱促進作用；在相同條件下，滲透反應(yīng)基因1（）的高表達被輕微激活，提示HOS1-FT模塊可能參與了DnAGL19的相關(guān)網(wǎng)絡(luò)。在春化條件下，表達顯著上調(diào)，而在轉(zhuǎn)基因擬南芥中的表達水平與野生型相似。這些結(jié)果表明，DnAGL19依賴于溫度信號來控制HOS1-FT模塊的作用。此外，DnA-GL19被認為是與石斛蘭春化相關(guān)的基因，通過對該基因的功能驗證得到DnA-GL19通過溫度信號調(diào)控HOS1-FT單元的表達，從而調(diào)控石斛蘭的開花時間[31]。

春化還可以誘導DNA去甲基化，使基因沉寂，誘導植物提早開花。FLC組蛋白H3的第四賴氨酸（H3K4me3）甲基化是FLC的一種活化狀態(tài)，F(xiàn)LC轉(zhuǎn)錄啟動子FRI(FRIGIDA)可以識別FLC組蛋白H3K4me3的修飾，從而促進FLC的表達和延緩植物開花[32]。賴氨酸在9位和27位的甲基化是FLC的一種抑制狀態(tài)，在春化作用過程中其甲基化不斷增加，它可以抑制FLC轉(zhuǎn)錄蛋白的識別，使基因處于不表達的狀態(tài)，進而使植物正常開花[33]。春化作用的DNA去甲基化和甲基化抑制劑的結(jié)果類似，然而，這兩種機制之間存在差異。低溫致使FLC沉寂，是由于低溫誘導了（Vernalization1)、(Vernalization2)和3(Vernalization- insensitive 3)基因的表達進而使基因出現(xiàn)沉寂，并且隨著低溫處理時間的延長，基因表達降低[34-36]。同時，有研究表明和對于 FLC 抑制狀態(tài)的維持是必要條件，對于FLC抑制的啟動是不可缺失的，3種基因協(xié)同作用來促進植物的初始開花[37]。由DNA甲基化抑制劑引起的FLC表達下調(diào)并不需要特定蛋白（VRN1、VRN2和VIN3）參與春化反應(yīng)。然而，DNA甲基化抑制劑和春化作用會產(chǎn)生相同的結(jié)果，最終都會使基因組甲基化程度下降，從而抑制和基因家族其他成員的表達，進而消除對開花的抑制[38]。

此外，miR172調(diào)節(jié)途徑中牽涉到對(APETALA2)及其類似基因、、、和的調(diào)控，并進一步對花期進行調(diào)控，如：miR172的超表達可緩解TOE1過表達引起的開花延遲情況[39]。LncRNA是由一系列植物特異的聚合酶和加工酶參與合成的，常引起基因沉默。有研究顯示，PcG蛋白招募FLC，反過來使FLC沉默，在非編碼RNA的參與下，如果將這些非編碼RNA損傷，F(xiàn)LC的表達增加，導致開花延遲[40]。目前的研究發(fā)現(xiàn)，在LncRNA的開花過程中，有COLDAIR和COOLAIR參與春化調(diào)控和FLC沉默的促進[41-42]。

1.3.2 環(huán)境溫度途徑 環(huán)境溫度是區(qū)別于春化作用而影響觀賞植物花期的另一個因素，春化作用要求在長時間小于10 ℃的低溫后開花，比如經(jīng)歷寒冷的冬季[43]，春化作用主要的分子機制是低溫降低DNA甲基化，從而解除開花抑制狀態(tài)，促進植物開花。環(huán)境溫度途徑則根據(jù)12 ℃到39 ℃之間的短期溫度變化調(diào)節(jié)開花[44]。環(huán)境溫度的高低對植物開花時間有顯著影響，同一溫度對不同植物的開花時間有不同的影響。在高于25 ℃的高溫條件下，可誘導水仙同源基因的表達進而促進其開花[45]，當溫度大于20 ℃時，菊花同源基因的表達將會被延遲，從而延遲其開花[46]。

環(huán)境溫度途徑中控制開花的兩個關(guān)鍵因子是SVP (SHORT VEGETATIVE PHASE）和FLM (FLOWERING LOCUS M），F(xiàn)LM在23 ℃的短日照條件下將會抑制模式植物擬南芥中基因的表達，當溫度上升到27 ℃時，F(xiàn)LM因子發(fā)生變異使擬南芥中基因表達抑制的解除。另外，SVP可與啟動子結(jié)合進而抑制基因的表達。觀賞植物中多年生花卉開花時間的調(diào)控也與環(huán)境溫度密切相關(guān)。低溫可誘導白蝴蝶蘭（）基因的表達，在基因誘導表達過程中光周期不發(fā)揮作用，不能使基因的表達量增加[47]。在模式植物擬南芥的成花誘導過程中，當光周期途徑不能使植物順利成花時，擬南芥的成花進程將會受到環(huán)境溫度的極大調(diào)控。低溫下，金釵石斛(Lindl.)側(cè)芽中基因同源基因表達降低，葉片中基因同源表達增加，此現(xiàn)象表明金釵石斛葉片中基因的同源基因在低溫條件下被誘導表達進而促進金釵石斛成花[48]。

除此之外，非編碼RNA[包括短鏈非編碼RNA(micRNA)和長鏈非編碼RNA(LncRNA）]通過對特異序列的轉(zhuǎn)錄抑制或降解來調(diào)節(jié)、等基因的表達。Aukerman和Sakai 的研究表明，模式植物擬南芥對外界空間溫度變得不敏感是由miR172的超表達引起的，miR172的超表達會使基因表達量下降和基因表達量上升進而促進植物開花。該研究說明環(huán)境溫度是影響植物開花的重要的外界環(huán)境因子且它和非編碼的RNA有一定的關(guān)系，除此之外，miR172調(diào)節(jié)通路中還涉及到對及其相似基因、、、和的調(diào)節(jié)再進一步調(diào)控花期, 例如環(huán)境溫度變化引起miR172的超表達進而解除由TOE1超表達引起的開花推遲現(xiàn)象[49]。盡管關(guān)于環(huán)境溫度途徑取得了許多研究進展，但關(guān)于環(huán)境溫度對開花時間的調(diào)節(jié)的重要問題尚未解決。

1.4 自主途徑

植物自主開花途徑是指植物不受外界環(huán)境的影響，只依賴于植物內(nèi)部自我調(diào)節(jié)因子的相互作用開花的一種方式。與春化作用相同，該自主通路也通過基因調(diào)節(jié)(APETALA1)和基因的表達，從而調(diào)節(jié)植物的開花過程。當前，擬南芥中、、、、、和7個基因被負調(diào)控，進而促進模式植物擬南芥的開花[50]。

植物體內(nèi)mRNA 3＇端加工有關(guān)的蛋白由所編碼[51]，植物體內(nèi)的RNA結(jié)合蛋白由和兩個基因編碼[52]，F(xiàn)LD編碼一種與人類組蛋白去乙?；笍秃衔锿吹牡鞍?，當基因發(fā)生突變時，F(xiàn)LC染色質(zhì)組蛋白乙酰化。組蛋白乙?；墙M蛋白修飾的一種類型，通常是轉(zhuǎn)錄激活的標志。在植物正常開花期間，基因表達被抑制，其組蛋白乙?；揭搽S著的表達受到抑制而下降。如FLC組蛋白H4的去乙?；餏LC的沉默表達[53]。在擬南芥研究中，通過抑制乙酰轉(zhuǎn)移酶基因、和的表達，F(xiàn)LC及其同源基因組蛋白H4賴氨酸5的乙?；℉4K5ace）水平下降，導致植物開花提前[54-55]。去乙?；ǔＥc轉(zhuǎn)錄抑制相關(guān)，并伴有組蛋白甲基化和DNA甲基化[56]。

1.5 年齡途徑

年齡途徑是植物只依靠自身年齡生長來控制開花，是一種獨立的開花調(diào)節(jié)途徑。該通路的關(guān)鍵靶基因是一類被稱為SPL(Squamosa promoter binding protein-like)的轉(zhuǎn)錄因子，它可以誘導下游、和基因的表達，并促進植物開花[57-58]。miR156通過SPL蛋白家族中的基因調(diào)控花期[59-60]。SPL家族中有11個基因是miR156的靶基因。SPL作為轉(zhuǎn)錄因子復合物作用于下游，進而調(diào)控花期。在數(shù)量上，高水平的miR156通過抑制SPL活性而減弱轉(zhuǎn)錄。在擬南芥中，miR156過表達降低了基因的表達水平，導致開花表型延遲[61-62]。同時，miR172 也是一種調(diào)節(jié)植物由幼年期向成年期過渡的關(guān)鍵分子[63]，Apetala2(AP2)類轉(zhuǎn)錄因子家族是miR172 的目標基因[64]。Lauter等[65]的研究表明在玉米的生長發(fā)育的過程中，miR172 表達量逐漸上升, miR156 的表達水平不斷下降，導致表達量減少，使玉米轉(zhuǎn)入成年期。由At3g58480編碼的擬南芥IQM6是一種具有IQ基序的不依賴鈣離子(Ca2+)結(jié)合的鈣調(diào)素結(jié)合蛋白（Calmodulin- binding protein, CaMBP），在長日照條件下其突變體會延遲開花。馮奕嘉的初步研究得到擬南芥突變體iqm6-2擁有與iqm6-1相似的開花表型；基因表達分析發(fā)現(xiàn)，與iqm6-1相似，iqm6-2中年齡途徑的關(guān)鍵基因miR156的轉(zhuǎn)錄水平顯著上調(diào)，其靶基因以及下游的和的轉(zhuǎn)錄水平均顯著下調(diào)。由此可得IQM6參與了成花調(diào)控的年齡途徑[66]。另外，、、和對miR156水平?jīng)]有顯著影響[67]。因此可合理推測miR156/SPL的年齡途徑調(diào)節(jié)機制相對獨立且穩(wěn)定。miR156/SPL機制產(chǎn)生了兩種植物開花的調(diào)控模式：(1)直接誘導花形成途徑整合因子和花分生組織調(diào)節(jié)因子；(2)清除了miR172調(diào)控基因沉默引起的開花抑制[68]。

2 觀賞植物花期調(diào)控技術(shù)

2.1 傳統(tǒng)調(diào)控技術(shù)

傳統(tǒng)的花期調(diào)控技術(shù)多通過環(huán)境條件來控制花期，如溫度調(diào)節(jié)或光照調(diào)節(jié)等。如促進桂花花期的方法是：將已經(jīng)花芽分化的桂花樹進行一定溫度的暗處理，大約10 d桂花樹便可開花，此種做法可使桂花花期提前30 d，傳統(tǒng)技術(shù)上延遲桂花花期的方法是：人為設(shè)定白天溫度25～35 ℃，夜間20 ℃以上的夜溫，可使桂花花期推遲。菊花是經(jīng)典的短日照植物，開花時間很大程度上由光照時間決定，因此對菊花進行一定時期的短日照處理可以延長或提前菊花花期[69]；長壽花也是傳統(tǒng)的短日照植物，用黑布進行定時遮光，然后進行正常的養(yǎng)護管理可使長壽花周年生產(chǎn)，而在蘭花花期調(diào)控中，促進其開花的關(guān)鍵因素之一是溫度，且不同品種蘭花開花所需溫度也不相同，因此可以通過增加或者降低溫度來調(diào)控不同品種的開花時間[70]。同時，還可利用激素來調(diào)控植物開花，如外施脫落酸可促進葉子花提前開花，而外施赤霉素可延長葉子花的花期[71]。除此之外，傳統(tǒng)的花期調(diào)控技術(shù)還有在植物栽培過程中對其進行摘心、定蕾、施肥和澆水，可一定程度上對植物的花期進行調(diào)節(jié)。

2.2 基因工程技術(shù)

基于開花機理研究的不斷深入，利用基因工程技術(shù)調(diào)控植物的花期也取得了較大進展。傳統(tǒng)的花期調(diào)控技術(shù)通常局限于生產(chǎn)實踐經(jīng)驗，且存在調(diào)控的不確定性，而利用基因工程技術(shù)在不同開花誘導途徑中調(diào)控花期，可以精準調(diào)控植物的開花時間。

利用基因工程調(diào)控花期主要包括2個方面：首先是促進或延遲開花，如利用miR172 介導 AP2-like 轉(zhuǎn)錄因子表達對大巖桐花期調(diào)控，上調(diào)miR172表達可提前大巖桐花期，而下調(diào)miR172表達則會延遲大巖桐開花[72]；其次是延長花期，可以利用花發(fā)育相關(guān)基因（、、等）延長花期，如安利忻等人的實驗研究表明擬南芥AP1被導入矮牽牛中后，在R0代即可有早花和連續(xù)開花的特征出現(xiàn)[73]。擬南芥基因在短日植株大豆中的異位表達可以促進大豆在長日照條件下開花，說明基因在大豆成花過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用[74]。同時，乙烯在植物體中影響著花的衰老，因此控制植物體內(nèi)乙烯的生物合成即可延緩花的衰老時期，進而延長植物花期。因此還可以利用基因工程調(diào)控乙烯信號轉(zhuǎn)導途徑相關(guān)基因來延長花期。如利用反義RNA技術(shù)沉默牡丹乙烯生物合成相關(guān)基因和，進而抑制植物體內(nèi)乙烯的合成，從而延遲牡丹衰老進程[75]。

3 總結(jié)和展望

植物開花是其最關(guān)鍵的生命演化過程之一，經(jīng)過長期連續(xù)不斷地演變和進化，植物在其體內(nèi)形成了一個結(jié)構(gòu)復雜而功能強大的開花調(diào)控機制。是光周期途徑中的關(guān)鍵基因，其通過間接激活基因進而促進植物開花；春化途徑和環(huán)境溫度途徑均是通過溫度對開花植物進行花期調(diào)控，環(huán)境溫度途徑是通過激活植物葉片中基因的同源基因表達來促進開花，而春化途徑通過沉默基因來調(diào)節(jié)植物開花；赤霉素途徑通過GA激活基因、和的表達來促進植物開花；而在自主調(diào)控途徑與春化調(diào)控途徑中，開花抑制基因整合對不同植物開花的抑制作用；年齡途徑利用基因上調(diào)、和基因的表達而促進開花；植物不同的花期調(diào)控途徑之間相互獨立又彼此交織，最終形成一個精密而又復雜的網(wǎng)狀信號傳導途徑。此外，根據(jù)這些調(diào)控機制及其開花習性，利用適宜的花期調(diào)控技術(shù)可提早或推遲，甚至延長植物花期。通常，傳統(tǒng)的花期調(diào)控技術(shù)包括光照調(diào)控、溫度調(diào)控以及植物激素調(diào)控技術(shù)等。近年來，隨著成花機理研究的不斷深入，人們也開始利用基因工程技術(shù)進行觀賞植物花期的精準調(diào)控。

觀賞植物是供人類栽培、欣賞的對象，在城鄉(xiāng)綠化、園林建設(shè)中，觀賞植物是主要素材。觀賞植物具有生產(chǎn)、美化和防護等方面的功能，將觀賞植物應(yīng)用于園林綠化和城鄉(xiāng)建設(shè)，便產(chǎn)生了各種綜合價值，包括社會價值、經(jīng)濟價值和環(huán)境價值。觀賞植物的花期是影響其觀賞價值和經(jīng)濟價值的一個重要因素，因此，調(diào)控觀賞植物的花期對于增強植物的觀賞性是必要的。

目前對植物開花調(diào)控分子生物學機理的深入研究和了解主要集中在一些模式植物中，如擬南芥、短日照植物水稻和長日照植物矮牽牛，對許多觀賞植物尤其木本觀賞植物開花分子機理的研究還不夠深入，研究種類不夠豐富，只有少數(shù)幾種，如牡丹、菊花、蘭花等，一些常見的觀賞花卉涉及較少，如石竹、天竺葵等。另外，對模式植物擬南芥成花機制的研究也不夠完善，仍有很多不清楚的地方，如鹽堿、干旱、水淹等逆境以及其他激素調(diào)節(jié)開花的分子機制的研究也非常有限，因此，應(yīng)注重研究植物成花機理的不同方面。

在今后的研究和生產(chǎn)中，利用基因工程技術(shù)調(diào)控不同成花基因的表達進而促進不同植物開花的技術(shù)將會越來越受到重視。隨著分子生物學調(diào)控花期技術(shù)的不斷發(fā)展，對觀賞植物分子機理方面的研究也將越來越深入。將傳統(tǒng)的花期調(diào)控技術(shù)與基因工程調(diào)控花期技術(shù)相結(jié)合，同時將轉(zhuǎn)錄組學、基因組學和蛋白組學等高通量研究技術(shù)相結(jié)合，用于研究各種植物成花機理和基因功能，實現(xiàn)對觀賞植物花期的準確調(diào)控，使觀賞植物在需要的時期開花，進而增強觀賞植物的園林功能和應(yīng)用價值。

[1] 張淑琴. 觀賞植物的用途[J]. 中國林副特產(chǎn), 2000(2): 50.

[2] JACKSON S D. Plant responses to photoperiod[J]. New Phytol, 2009, 181(3): 517-531.

[3] VALVERDE F, MOURADOV A, SOPPE W J, et al. Photoreceptor regulation of CONSTANS protein in photoperiodic flowering[J]. Science, 2004, 303(5660): 1003-1006.

[4] GARNER W W, ALLARD H A. Effect of the relative length of day and night and other factors of the environment on growth and reproduction in plants1[J]. Mon Wea Rev, 1920, 48(7): 415.

[5] SAMACH A, ONOUCHI H, GOLD S E, et al. Distinct roles of CONSTANS target genes in reproductive development of Arabidopsis[J]. Science, 2000, 288(5471): 1613-1616.

[6] FORNARA F, PANIGRAHI K C, GISSOT L, et al. Arabidopsis DOF transcription factors act redundantly to reduce CONSTANS expression and are essential for a photoperiodic flowering response[J]. Dev Cell, 2009, 17(1): 75-86.

[7] LUO X, GAO Z, WANG Y Z, et al. The NUCLEAR FACTOR-CONSTANS complex antagonizes polycomb repression to de-repress FLOWERING LOCUS T expression in response to inductive long days in Arabidopsis[J]. Plant J, 2018, 95(1): 17-29.

[8] STEINBACH Y. TheCONSTANS- LIKE 4 (COL4)-A modulator of flowering time[J]. Front Plant Sci, 2019, 10: 651.

[9] 方能炎, 羅遠華, 林榕燕, 等. 文心蘭基因的分離及其表達分析[J]. 西北植物學報, 2020, 40(5): 739-746.

[10] CORBESIER L, VINCENT C, JANG S, et al. FT protein movement contributes to long-distance signaling in floral induction of Arabidopsis[J]. Science, 2007, 316(5827): 1030-1033.

[11] 國家重點研發(fā)計劃. 夏菊CmBBX8調(diào)控開花的機理研究[J]. 農(nóng)業(yè)科技管理, 2019, 38(6): 2.

[12] HUANG W, FANG Z, ZENG S, et al. Molecular cloning and functional analysis of three FLOWERING LOCUS T (FT) homologous genes from Chinese[J]. Int J Mol Sci, 2012, 13(9): 11385-11398.

[13] KONDO H, SHIRAYA T, WADA K C, et al. Induction of flowering by DNA demethylation inand: Heritability of 5-Azacytidine-induced effects and alteration of the DNA methylation state by photoperiodic conditions[J]. Plant Sci, 2010, 178(3): 321-326.

[14] IWASE Y, SHIRAYA T, TAKENO K. Flowering and dwarfism induced by DNA demethylation in[J]. Physiol Plant, 2010, 139(1): 118-127.

[15] 李新, 肖麓, 杜德志. 油菜開花期的遺傳調(diào)控及QTL研究進展[J]. 中國油料作物學報, 2019, 41(2): 283-291.

[16] ROBERTS A V, BLAKE P S, LEWIS R, et al. The effect of gibberellins on flowering in roses[J]. J Plant Growth Regul, 1999, 18(3): 113-119.

[17] ERIKSSON S, B?HLENIUS H, MORITZ T, et al. GA4 is the active gibberellin in the regulation of LEAFY transcription and Arabidopsis floral initiation[J]. Plant Cell, 2006, 18(9): 2172-2181.

[18] HEDDEN P, PHILLIPS A L. Gibberellin metabolism: new insights revealed by the genes[J]. Trends Plant Sci, 2000, 5(12): 523-530.

[19] TYLER L, THOMAS S G, HU J H, et al. DELLA proteins and gibberellin-regulated seed germination and floral development in Arabidopsis[J]. Plant Physiol, 2004, 135(2): 1008-1019.

[20] YAN J D, LI X M, ZENG B J, et al. FKF1 F-box protein promotes flowering in part by negatively regulating DELLA protein stability under long-day photoperiod in Arabidopsis[J]. J. Integr Plant Biol, 2020, 62(11): 1717-1740.

[21] MEIJóN M, JESúS CA?AL M, VALLEDOR L, et al. Epigenetic and physiological effects of gibberellin inhibitors and chemical pruners on the floral transition of Azalea[J]. Physiol Plant, 2011, 141(3): 276-288.

[22] WU L, ZHOU H Y, ZHANG Q Q, et al. DNA methylation mediated by a microRNA pathway[J]. Mol Cell, 2010, 38(3): 465-475.

[23] MARFIL C F, ASURMENDI S, MASUELLI R W. Changes in micro RNA expression in a wild tuber-bearingspecies induced by 5-Azacytidine treatment[J]. Plant Cell Rep, 2012, 31(8): 1449-1461.

[24] JUNG J H, SEO Y H, SEO P J, et al. The GIGANTEA-regulated microRNA172 mediates photoperiodic flowering independent of CONSTANS in[J]. Plant Cell, 2007, 19(9): 2736-2748.

[25] 李巍, 徐啟江. 被子植物開花時間和花器官發(fā)育的表觀遺傳調(diào)控研究進展[J]. 園藝學報, 2014, 41(6): 1245-1256.

[26] 鄒晨輝. 芥菜開花整合子的克隆和表達分析[D]. 重慶: 西南大學, 2014.

[27] 李盛微, 耿挺. 發(fā)現(xiàn)調(diào)控植物開花的表觀遺傳新機制[J]. 生物學教學, 2017(4): 78.

[28] MüLLER R, GOODRICH J. Sweet memories: epigenetic control in flowering[J]. F1000 Biol Rep, 2011, 3: 13.

[29] HE Y. Control of the transition to flowering by chromatin modifications[J]. Mol Plant, 2009, 2(4): 554-564.

[30] COUSTHAM V, LI P, STRANGE A, et al. Quantitative modulation of polycomb silencing underlies natural variation in vernalization[J]. Science, 2012, 337(6094): 584-587.

[31] LIU X R, PAN T, LIANG W Q, et al. Overexpression of an orchid () SOC1/TM3-like ortholog, DnAGL19, inregulatesexpression[J]. Front Plant Sci, 2016, 7: 99.

[32] ZHANG X Y, BERNATAVICHUTE Y V, COKUS S, et al. Genome-wide analysis of mono-, di- and trimethylation of histone H3 lysine 4 in[J]. Genome Biol, 2009, 10(6): R62.

[33] ALVAREZ-VENEGAS R. Regulation by polycomb and trithorax group proteins in Arabidopsis[J]. Arabidopsis Book, 2010, 8: e0128.

[34] LEVY Y Y, MESNAGE S, MYLNE J S, et al. Multiple roles of Arabidopsis VRN1 in vernalization and flowering time control[J]. Science, 2002, 297(5579): 243-246.

[35] GENDALL A R, LEVY Y Y, WILSON A, et al. The VERNALIZATION 2 gene mediates the epigenetic regulation of vernalization in Arabidopsis[J]. Cell, 2001, 107(4): 525-535.

[36] SUNG S, AMASINO R M. Vernalization inis mediated by the PHD finger protein VIN3[J]. Nature, 2004, 427(6970): 159-164.

[37] WANG J W, CZECH B, WEIGEL D. miR156-regulated SPL transcription factors define an endogenous flowering pathway in[J]. Cell, 2009, 138(4): 738-749.

[38] JEAN FINNEGAN E, KOVAC K A, JALIGOT E, et al. The downregulation of FLOWERING LOCUS C (FLC) expression in plants with low levels of DNA methylation and by vernalization occurs by distinct mechanisms[J]. Plant J, 2005, 44(3): 420-432.

[39] ZHU Q H, HELLIWELL C A. Regulation of flowering time and floral patterning by miR172[J]. J Exp Bot, 2011, 62(2): 487-495.

[40] MARGUERON R, JUSTIN N, OHNO K, et al. Role of the polycomb protein EED in the propagation of repressive histone marks[J]. Nature, 2009, 461(7265): 762-767.

[41] GROSZMANN M, GREAVES I K, ALBERT N, et al. Epigenetics in plants-vernalisation and hybrid vigour[J]. Biochim et Biophys Acta BBA - Gene Regul Mech, 2011, 1809(8): 427-437.

[42] HEO J B, SUNG S. Vernalization-mediated epigenetic silencing by a long intronic noncoding RNA[J]. Science, 2011, 331(6013): 76-79.

[43] KIM D H, DOYLE M R, SUNG S, et al. Vernalization: winter and the timing of flowering in plants[J]. Annu Rev Cell Dev Biol, 2009, 25: 277-299.

[44] WIGGE P A. Ambient temperature signalling in plants[J]. Curr Opin Plant Biol, 2013, 16(5): 661-666.

[45] NOY-PORAT T, COHEN D, MATHEW D, et al. Turned on by heat: differential expression of FT and LFY-like genes induring floral transition[J]. J Exp Bot, 2013, 64(11): 3273-3284.

[46] NAKANO Y, HIGUCHI Y, SUMITOMO K, et al. Flowering retardation by high temperature in chrysanthemums: involvement of FLOWERING LOCUS T-like 3 gene repression[J]. J Exp Bot, 2013, 64(4): 909-920.

[47] JANG S, CHOI S C, LI H Y, et al. Functional characterization offlowering genes PaFT1 and PaFD[J]. PLoS One, 2015, 10(8): e0134987.

[48] LI R H, WANG A K, SUN S L, et al. Functional characterization of FT and MFT ortholog genes in orchid (Lindl.) that regulate the vegetative to reproductive transition in Arabidopsis[J]. Plant Cell Tissue Organ Cult, 2012, 111(2): 143-151.

[49] AUKERMAN M J, SAKAI H. Regulation of flowering time and floral organ identity by a MicroRNA and its APETALA2-like target genes[J]. Plant Cell, 2003, 15(11): 2730-2741.

[50] MOURADOV A, CREMER F, COUPLAND G. Control of flowering time[J]. Plant Cell, 2002, 14(suppl 1): S111-S130.

[51] SIMPSON G G, DIJKWEL P P, QUESADA V, et al. FY is an RNA 3' end-processing factor that interacts with FCA to control the Arabidopsis floral transition[J]. Cell, 2003, 113(6): 777-787.

[52] SCHOMBURG F M, PATTON D A, MEINKE D W, et al. FPA, a gene involved in floral induction in Arabidopsis, encodes a protein containing RNA-recognition motifs[J]. Plant Cell, 2001, 13(6): 1427-1436.

[53] HE Y, AMASINO R M. Role of chromatin modification in flowering-time control[J]. Trends Plant Sci, 2005, 10(1): 30-35.

[54] XIAO J, ZHANG H, XING L, et al. Requirement of histone acetyltransferases HAM1 and HAM2 for epigenetic modification of FLC in regulating flowering in Arabidopsis[J]. J Plant Physiol, 2013, 170(4): 444-451.

[55] KIM W, LATRASSE D, SERVET C, et al. Arabidopsis histone deacetylase HDA9 regulates flowering time through repression of AGL19[J]. Biochem Biophys Res Commun, 2013, 432(2): 394-398.

[56] RICHARDS E J, ELGIN S C. Epigenetic codes for heterochromatin formation and silencing: rounding up the usual suspects[J]. Cell, 2002, 108(4): 489-500.

[57] RHOADES M W, REINHART B J, LIM L P, et al. Prediction of plant MicroRNA targets[J]. Cell, 2002, 110(4): 513-520.

[58] 孟曉慶, 侯智霞, 張?zhí)m. 高等植物成花轉(zhuǎn)變分子調(diào)控機制研究進展[J]. 生物技術(shù)進展, 2013, 3(1): 1-6.

[59] AMASINO R. Seasonal and developmental timing of flowering[J]. Plant J, 2010, 61(6): 1001-1013.

[60] WANG J W. Regulation of flowering time by the miR156- mediated age pathway[J]. J Exp Bot, 2014, 65(17): 4723- 4730.

[61] GANDIKOTA M, BIRKENBIHL R P, H?HMANN S, et al. The miRNA156/157 recognition element in the 3' UTR of the Arabidopsis SBP box gene SPL3 prevents early flowering by translational inhibition in seedlings[J]. Plant J, 2007, 49(4): 683-693.

[62] YAMAGUCHI A, ABE M. Regulation of reproductive development by non-coding RNA in Arabidopsis: to flower or not to flower[J]. J Plant Res, 2012, 125(6): 693-704.

[63] WU G, PARK M Y, CONWAY S R, et al. The sequential action of miR156 and miR172 regulates developmental timing in Arabidopsis[J]. Cell, 2009, 138(4): 750-759.

[64] RIECHMANN J L, HEARD J, MARTIN G, et al. Arabidopsis transcription factors: genome-wide comparative analysis among eukaryotes[J]. Science, 2000, 290(5499): 2105-2110.

[65] LAUTER N, KAMPANI A, CARLSON S, et al. microRNA172 down-regulates glossy15 to promote vegetative phase change in maize[J]. PNAS, 2005, 102(26): 9412-9417.

[66] 馮奕嘉. 擬南芥IQM6參與年齡途徑成花調(diào)控的初步研究[D]. 廣州: 廣州大學, 2019.

[67] WANG J W, CZECH B, WEIGEL D. miR156-regulated SPL transcription factors define an endogenous flowering pathway in[J]. Cell, 2009, 138(4): 738-749.

[68] 朱芹芹, 李忠愛, 何艷霞, 等. 表觀遺傳與花期調(diào)控研究進展[J]. 園藝學報, 2013, 40(9): 1787-1794.

[69] 敖地秀, 黃叢林. 菊花花期調(diào)控技術(shù)研究進展[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學, 2018, 46(5): 21-24.

[70] 陸順教, 易雙雙, 廖易, 等. 蘭花花期調(diào)控技術(shù)及相關(guān)分子生物學研究進展[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學, 2017, 45(18): 25-30.

[71] 李春牛, 周錦業(yè), 關(guān)世凱, 等. 葉子花花期調(diào)控研究進展[J]. 河南農(nóng)業(yè)科學, 2015, 44(10): 8-11, 28.

[72] LI X Y, GUO F, MA S Y, et al. Regulation of flowering time via miR172-mediated APETALA2-like expression in ornamental Gloxinia ()[J]. J Zhejiang Univ Sci B, 2019, 20(4): 322-331.

[73] 安利忻, 劉榮維, 陳章良, 等. 花分生組織決定基因AP1轉(zhuǎn)化矮牽牛的研究[J]. 植物學報, 2001, 43(1): 63-66.

[74] YAMAGISHI N, YOSHIKAWA N. Expression of FLOWERING LOCUS T frominduces precocious flowering in soybean irrespective of maturity group and stem growth habit[J]. Planta, 2011, 233(3): 561-568.

[75] 范丙友, 高水平, 劉改秀, 等. 牡丹ACS基因片段的克隆及反義植物表達載體構(gòu)建[J]. 華北農(nóng)學報, 2010, 25(6): 34-37.

Advances on molecular biology research of flowering regulation in ornamental plants

YANG Xiulian1, 2, JIA Ruirui1, 2, SHI Tingting1, 2, ZHU Yanyan1, 2, YAN Xin1, 2

(1. College of Landscape Architecture, Nanjing Forestry University, Nanjing 210037; 2. Key Laboratory of Landscape Architecture of Jiangsu Province, Nanjing 210037)

Flowering period has an important influence on the ornamental value of plants, and regulating the flowering period of ornamental plants plays a key role in its development, popularization and garden application. In recent years, with the deepening of the research on the molecular mechanism of flowering of ornamental plants, many new ways of flowering regulation of ornamental plants have been revealed, including photoperiod pathway, temperature pathway, vernalization pathway, gibberellin acid pathway, autonomous pathway and age pathway. In this review, the flowering mechanism and molecular biology research progress of different flowering regulation ways of ornamental plants were systematically summarized, and the basic analysis and prospect of flowering regulation technology of ornamental plants were made, so as to provide references for theoretical research and technical scheme of flowering regulation of plants.

ornamental plants; flowering regulation; flowering mechanism; genetic engineering

S68

A

1672-352X (2021)03-0344-08

10.13610/j.cnki.1672-352x.20210706.019

2021-7-7 10:36:14

[URL] https://kns.cnki.net/kcms/detail/34.1162.S.20210706.1650.038.html

2020-09-09

國家自然科學基金（31870695）資助。

楊秀蓮, 教授，E-mail：yangxl339@126.com 賈瑞瑞，碩士研究生。E-mail：371627553@qq.com