齊聯(lián)聯(lián)，宿 強，張 珂

（1.北京林業(yè)大學(xué)草業(yè)與草原學(xué)院,北京 100083；2.七臺河市林業(yè)和草原局,黑龍江 七臺河 154600）

高等植物開花分為成花誘導(dǎo)、花原基的形成和花器官的發(fā)育3 個過程[1]。成花誘導(dǎo)是植物從營養(yǎng)生長向生殖生長轉(zhuǎn)變，進行花芽分化的重要節(jié)點，決定植物的開花時間[2]。從植物繁殖和資源分配的角度來看，適當?shù)拈_花時間對作物的產(chǎn)量和植物的成功繁殖至關(guān)重要。2015年統(tǒng)計了模式植物擬南芥(Arabidopsis thaliana)中調(diào)節(jié)開花時間的基因有306 個[3]，這些基因構(gòu)成復(fù)雜精細的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)精準控制植物的開花時間。即高等植物開花是多基因共同調(diào)控的結(jié)果。

Onouchi 等[4]采用抑制性誘變的方法篩選造成CO過表達擬南芥發(fā)生晚花的突變體時，篩選到4 個基因可以部分抑制35S::CO過表達株系的早花表型，2 號染色體上的一個位點定義了1 個新的基因座將其命名為SUPPRESSOR OF OVEREXPRESSIO OF CONSTANS1(SOC1)。過表達35S::SOC1發(fā)生不依賴于光周期的擬南芥早花現(xiàn)象[5]；T-DNA 插入突變證明SOC1突變不依賴于光周期造成晚花[6]。以上證明SOC1具有調(diào)控植物開花時間的功能。而SOC1主要在發(fā)育中的葉片和莖尖分生組織中表達來調(diào)控擬南芥的開花時間[6]。之后陸續(xù)在其他植物材料中克隆到SOC1的同源基因，MtSOC1a過表達促進蒺藜苜蓿(Medicago truncatula)開花和主莖伸長，其突變體表現(xiàn)為開花延遲且主莖縮短的表型[7]。可見SOC1不僅能調(diào)控植物的開花時間，還具有調(diào)控植物形態(tài)建成的功能。矮牽牛(Petunia hybrida)Fbp20/UNS(FLORAL BINDING PROTEIN20/UNSHAVEN)是SOC1的同源基因，過表達Fbp20/UNS的全長基因促進植物開花，過表達缺失MADS 結(jié)構(gòu)域的截短體Fbp20/UNS造成晚花[8]。此外，SOC1還具有調(diào)節(jié)擬南芥氣孔開放[9]，使煙草(Nicotiana tabacum)和矮牽牛花和葉片的葉綠素含量升高、增強其光合作用，并提高植物的耐熱性的功能[10]。足以見得，SOC1在不同植物中的功能既有保守性又有特異性。

SOC1是植物的開花整合因子，其調(diào)控植物開花時間的分子機制被廣泛研究。SOC1轉(zhuǎn)錄因子受蛋白或核酸調(diào)控，或與其他轉(zhuǎn)錄因子形成二聚體或高階復(fù)合物進入細胞核，靶向特異開花基因從而調(diào)控植物開花。本研究分析SOC1的結(jié)構(gòu)特征，預(yù)測SOC1的蛋白互作網(wǎng)絡(luò)，總結(jié)SOC1調(diào)控植物開花時間的分子機制，為今后在其他植物中進行開花時間的研究提供參考。

1 SOC1 基因及其編碼蛋白的結(jié)構(gòu)特征

1.1 SOC1 基因的結(jié)構(gòu)特征

SOC1基因由7 個外顯子和6 個內(nèi)含子組成(圖1)，編碼MADS-box 轉(zhuǎn)錄因子，是典型的MIKC 蛋白。它由兩個保守區(qū)MADS 域和K 域與兩個不保守區(qū)I 域和C 末端組成，每個結(jié)構(gòu)域具有不同的功能[11]。其中，N 端的MADS 結(jié)構(gòu)域是最保守的區(qū)段，其長度約60 個氨基酸，可以和含有CArG-box 的DNA 序列特異結(jié)合或與其他蛋白形成二聚體運輸?shù)郊毎藘?nèi)從而調(diào)控下游靶基因的表達[11]。如果MADS結(jié)構(gòu)域內(nèi)部的Arg24發(fā)生突變，那SOC1就不能與LFY的啟動子結(jié)合，喪失部分開花能力[12]。K 域是同源蛋白、異源蛋白相互作用形成二聚體的功能域，長度約為70 個氨基酸[11]。在MIKC 型蛋白中，形成α-螺旋的氨基酸定位在I 結(jié)構(gòu)域中，所以I 域在轉(zhuǎn)錄因子與DNA 結(jié)合形成二聚體過程中必不可少[11]。Lee 等[12]證明了MADS 域和I 域在SOC1 和AGL24 互作形成異源二聚體運輸?shù)郊毎诉^程中發(fā)揮重要作用。即MADS 域和I 域可有效保證轉(zhuǎn)錄因子與DNA 結(jié)合形成二聚體。C 域是最不保守的區(qū)域，是植物進化過程中形成多樣性功能的重要區(qū)段，可以促進K 域形成復(fù)合物。而且C 末端含有一些保守的基序，其中SOC1-motif，保守性很強，被認為是不同植物材料SOC1的共有序列，這些基序在轉(zhuǎn)錄激活過程中發(fā)揮重要作用[11,13]。

圖1 AtSOC1 (AT2G45660.1)基因的結(jié)構(gòu)Figure 1 Gene structure of AtSOC1 (AT2G45660.1)

1.2 SOC1 編碼蛋白的一級結(jié)構(gòu)特征

從ncbi (national center for biotechnology information) (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/protein/)上 查 找已經(jīng)克隆的12 種單子葉植物和雙子葉植物中的SOC1的氨基酸序列，采用DNAMAN8 比對氨基酸序列(圖2)，從上到下依次為(括號內(nèi)含登錄號)：擬南芥AtSOC1(NP-182 090.1)、煙草NtSOC1(AFY06683.1)、玉米(Zea mays)ZmSOC1(AIR75259.1)、水稻(Oryza sativa)OsMADS50/OsSOC1(Q9XJ60.1)、小麥(Triticum aestivum)WSOC1(BAF56968.1)、大 豆(Glycine max)GmSOC1(NP-001236377.1)、草 莓 (Fragaria vesca)FvSOC1(NP-001266966.1)、月 季 (Rosa chinensis)RcSOC1(GIH54602.1)、李(Prunus salicina)PsSOC1(AGD88523.1)、甜橙(Citrus sinensis)CsSL1(ABS846 59.1)及CsSL2(ABS84660.1)、蒺藜苜蓿MtSOC1(XP-006383341.2)、蘋 果(Malus domestica)MdSOC1(NP-001280844.1)。通過多序列比對發(fā)現(xiàn)，不同植物材料中SOC1氨基酸序列在MADS 域的保守性相對較高，具有多個連續(xù)的保守位點；而C 末端具有較高的差異性，但都具備亮氨酸拉鏈結(jié)構(gòu)和SOC1-motif。這也能解釋蛋白質(zhì)在生物進化過程中的穩(wěn)定性及功能的多樣性。

圖2 多種植物中SOC1 氨基酸序列的同源比對Figure 2 Homologous alignment of amino acid sequences of SOC1 in various plants

1.3 SOC1 編碼蛋白的高級結(jié)構(gòu)特征

蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與其功能密切相關(guān)，即使其一級結(jié)構(gòu)不變，蛋白質(zhì)的構(gòu)象發(fā)生改變就有可能影響其功能，所以了解蛋白質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)可幫助預(yù)測其功能。采用SOPMA 在線軟件(https://npsa-prabi.ibcp.fr/cgi-bin/npsa_automat.pl?page=npsa_sopma.html)預(yù) 測SOC1 蛋白的二級結(jié)構(gòu)(表1)，結(jié)果顯示，SOC1 蛋白的二級結(jié)構(gòu)的主要組成元件為α-螺旋和無規(guī)則卷曲，其次為延伸鏈，β-轉(zhuǎn)角所占的比例最小。采用Phyre2 在線軟件(http://www.sbg.bio.ic.ac.uk/phyre2/html/page.cgi?id=index)預(yù)測SOC1 蛋白的三級結(jié)構(gòu)(圖3)，李PsSOC1 與甜橙CsSL1 蛋白的構(gòu)象與其他植物材料明顯不同，其他10 中植物材料的蛋白三級結(jié)構(gòu)很相似。

圖3 多種SOC1 蛋白的三級結(jié)構(gòu)預(yù)測Figure 3 Prediction of tertiary structure of SOC1 in several plants

表1 多種SOC1 蛋白二級結(jié)構(gòu)主要組成元件及比例Table 1 Proportion of main components of secondary structure of SOC1 in various plants

研究發(fā)現(xiàn)在不同品種的煙草中過表達NtSOC1可以不依賴光周期發(fā)生早花，且Nicotiana tabacum品種的過表達NtSOC1株系表現(xiàn)出花粉管較野生型伸長，蒴果坐落于葉柄之上的表型，而野生型植株的蒴果并不具備葉柄[14]。Lee 等[15]利用T-DNA 轉(zhuǎn)化株系從水稻中分離到OsMADS50/OsSOC1，與SOC1的氨基酸同一性達50.6%，過表達OsMADS50/OsSOC1顯示極早花表型，抑制OsMADS50/OsSOC1表達表現(xiàn)出晚花表型及節(jié)間數(shù)量增加的性狀?？梢奡OC1在不同的植物中具有多效性。雙子葉植物甜橙CsSL1和CsSL2[16]、大豆GmSOC1[17]，單子葉植物水稻OsMADS50/OsSOC1[15]、玉米ZmSOC1[18]均促進植物開花。但并非所有植物中的SOC1同源基因均具有促進開花的功能。草莓FvSOC1過表達抑制了短日照條件下的成花啟動，而其突變體在短日照條件下和長日照條件下持續(xù)開花；同時FvSOC1通過激活赤霉素生物合成基因來調(diào)節(jié)腋芽向匍匐莖的分化形成多個分枝[19]，即FvSOC1通過調(diào)控不同的靶基因繼而調(diào)節(jié)營養(yǎng)生長和生殖生長?？梢婋逆湵P曲折疊形成不同的蛋白構(gòu)象從而使得SOC1在不同的植物中具有多樣性的功能。

1.4 擬南芥AtSOC1 蛋白互作網(wǎng)絡(luò)預(yù)測

蛋白質(zhì)是功能的執(zhí)行者，而蛋白互作是行使功能的主要方式。不同的蛋白互作可能調(diào)控不同的靶基因從而具有不同的功能，所以蛋白之間的物理關(guān)系能幫助探究基因的功能。利用STRING 在線工具(https://www.string-db.org)查找AtSOC1 的互作網(wǎng)絡(luò)(圖4)，得到11 個蛋白與AtSOC1 蛋白直接互作，其中LFY 蛋白與SOC1 互作的分數(shù)最高(0.981)，其次是FT (0.969)、CO (0.969)、LATE (0.953)、TFL1 (0.930)、

圖4 擬南芥AtSOC1 的蛋白互作網(wǎng)絡(luò)Figure 4 Protein interaction network of AtSOC1 in Arabidopsis thaliana

FLD (0.917)、FRI (0.909)、TSF (0.903)、VRN1 (0.840)、VRN2 (0.838)。蛋白互作預(yù)測工具并不能反映所有存在互作關(guān)系的蛋白，具體的蛋白互作網(wǎng)絡(luò)仍需試驗挖掘。擬南芥PIN1的同源基因肽脯氨酰順反異構(gòu)酶Pin1At 在體內(nèi)與AGL24 蛋白和SOC1 蛋白相互作用促進擬南芥開花，在體外與發(fā)生Thr-Pro 磷酸化的AGL24 蛋白和Ser-Pro 磷酸化的SOC1 蛋白互作造成擬南芥晚花，但Pin1At 并沒有改變AGL24與SOC1的轉(zhuǎn)錄水平?？梢?，AGL24 蛋白的Thr-Pro位點與SOC1 蛋白的Ser-Pro 位點在調(diào)控擬南芥開花功能中發(fā)揮重要的作用[20]。

2 SOC1 的上下游信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機制

植物開花過程中較多的MADS-box 轉(zhuǎn)錄因子多以二聚體或多聚體的形式特異的結(jié)合DNA 調(diào)控下游基因的表達[21]。SOC1轉(zhuǎn)錄因子受蛋白或核酸調(diào)控，或與其他轉(zhuǎn)錄因子形成二聚體或高階復(fù)合物調(diào)控植物開花。比如擬南芥在面對干旱脅迫時，體內(nèi)的脫落酸結(jié)合元件ABF3、ABF4 與NF-YC (Nuclear Factor-YC)亞基互作形成聚合物結(jié)合在SOC1的啟動子區(qū)域，激活SOC1的轉(zhuǎn)錄表達從而促進開花，產(chǎn)生干旱逃逸反應(yīng)[22]。

2.1 FT、CO 調(diào)控SOC1 的表達

FT(Flowering locus T)基因具有高度保守的PEBP 結(jié)構(gòu)域，編碼19.8 kDa 左右的可移動蛋白，屬于磷脂酰乙醇胺結(jié)合蛋白(PEBP)[23]。在水稻中的研究發(fā)現(xiàn)FT 的同源蛋白Hd3a 先在細胞質(zhì)中與14-3-3 蛋白互作形成二聚體再進入細胞核與bZIP 轉(zhuǎn)錄因子編碼的FD 蛋白形成FAC 三聚蛋白復(fù)合物調(diào)控植物開花[24]。研究發(fā)現(xiàn)過表達FT引起的早期開花表型被fd-2部分抑制，說明FD 蛋白是FT調(diào)控植物開花不可或缺的因子[25]。Yoo 等[26]的研究表明在SOC1過表達擬南芥植株和功能突變體中，F(xiàn)T的表達量與野生型相近，說明FT的表達不受SOC1的影響；而在FT過表達植株中，SOC1的表達水平上調(diào)，在ft-10突變體中，SOC1的含量下調(diào)；并且35S::CO植株中FT的表達先于SOC1的表達。以上說明，F(xiàn)T作用于SOC1的上游發(fā)揮正向調(diào)控作用。FT的表達受到CO/BBX1 (B-box1)的調(diào)控，葉片韌皮部中的CO 蛋白通過其保守的TGTG (N2-3) ATG 基序及CCT 基序結(jié)合在FT近端啟動子區(qū)域[27]或與其他轉(zhuǎn)錄因子NF-Y 相互作用形成復(fù)合體激活FT的轉(zhuǎn)錄表達[28]，F(xiàn)T 蛋白在莖頂端分生組織中和FD 蛋白形成復(fù)合體從而級聯(lián)SOC1的表達來啟動開花[29]。CO-FT-SOC1的級聯(lián)通路在植物中較為保守，是調(diào)控植物開花的經(jīng)典模型。2002年Hepworth[30]提出另一種觀點，CO 蛋白不通過FT而是直接結(jié)合在SOC1的啟動子上調(diào)控其表達。2014年Hou 等[31]提出長日照條件下CO 蛋白與NF-Y (Nuclear Factor-Y)亞基形成復(fù)合物直接結(jié)合在SOC1的啟動子的NFYBE元件區(qū)域，該模型直接驗證CO 蛋白可以直接調(diào)控SOC1的表達。即CO 蛋白可以通過激活FT的方式間接調(diào)控SOC1的表達，也可以直接調(diào)控SOC1的表達。除CO 蛋白外，也有研究[32]發(fā)現(xiàn)REM16 轉(zhuǎn)錄因子通過直接結(jié)合在FT、SOC1的啟動子區(qū)域激活其轉(zhuǎn)錄從而促進擬南芥開花。

2.2 FLC 及其同源基因與SVP 互作調(diào)控SOC1的表達

FLC(Flowering Locus C)編碼MADS-box 蛋白，是抑制植物開花的主要轉(zhuǎn)錄因子[33]。研究表明FLC結(jié)合在FT第一個內(nèi)含子的CArG 區(qū)域和SOC1啟動子的CArG 區(qū)域[34]。Searle 等[33]進一步揭示FLC通過兩種途徑抑制植物開花，一是抑制葉片中FT的表達從而間接抑制開花相關(guān)基因的表達；二是FLC抑制莖頂端分生組織中SOC1的表達并抑制FD的上調(diào)從而破壞FT的表達信號(FT-FD 蛋白復(fù)合體)。即FLC通過抑制SOC1、FT和FD的表達抑制植物開花。發(fā)揮生物活性的FLC 蛋白大約是800 kDa 的高階復(fù)合物，即FLC需要和其他蛋白或者核酸發(fā)生物理作用形成二聚體或高聚復(fù)合物才能發(fā)揮生物活性抑制植物開花[34]。探究FLC調(diào)控SOC1開花誘導(dǎo)過程的分子機制發(fā)現(xiàn)，擬南芥營養(yǎng)生長階段的FLC 與SVP 蛋白在葉片及莖頂端分生組織均可形成FLC-SVP 抑制復(fù)合體，結(jié)合在FT和SOC1啟動子的CArG 區(qū)抑制其轉(zhuǎn)錄，從而抑制植物成花誘導(dǎo)過程[35]。而研究發(fā)現(xiàn)FLC 與DELLA 的RGA 蛋白相互作用形成復(fù)合物加強了FLC對下游靶基因的抑制活性，繼而負調(diào)控下游SOC1和FT的表達延遲植物開花[36]。進一步證實了FLC以復(fù)合體的形式發(fā)揮生物活性的觀點。

擬南芥中FLC還有5 個同源基因，F(xiàn)LM(FLOWERING LOCUS M)/MAF1(MADS AFFECTING FLOWERING 1)和MAF2、MAF3和MAF4和MAF5[37]。FLC的同源基因同樣編碼MIKCC型轉(zhuǎn)錄因子，可與FLC 蛋白相互作用形成FLC-MAFs 復(fù)合物，冗余的抑制植物的開花誘導(dǎo)[37]。研究進一步發(fā)現(xiàn)FLM、MAF2 和MAF4 與SVP 直接相互作用，形成MAFs-SVP 異二聚體通過下調(diào)FT、SOC1的轉(zhuǎn)錄表達來抑制開花[37-39]。所以，SVP 極有可能與MAFs 及FLC互作形成SVP-MAFs-FLC 高階復(fù)合物來調(diào)控植物開花時間。MAFs 還可響應(yīng)溫度產(chǎn)生可變剪切體來調(diào)控植物的開花時間。FLM是開花抑制因子，可依賴于溫度產(chǎn)生4 種不同的剪切體，分別為FLM-α、FLMβ、FLM-γ和FLM-δ[40]。其中剪切體FLM-β和FLMδ具有生物活性，可與SVP 蛋白互作形成異二聚體，16 ℃環(huán)境下SVP-FLM-β 阻遏復(fù)合物占據(jù)的比例較高，通過下調(diào)SOC1的表達阻止早熟開花；27 ℃環(huán)境下SVP-FLM-δ 復(fù)合物占據(jù)主導(dǎo)，而FLM-β的比例降低，同時伴隨環(huán)境溫度的升高SVP活性降低，不能抑制SOC1的表達從而促進早花[38]。MAF2 在低溫條件下與SVP 結(jié)合形成復(fù)合物(MAF2-SVP)抑制開花，而在高溫條件下不存在相互作用[39]。在Col型擬南芥中MAF2同樣可以響應(yīng)溫度產(chǎn)生3 種不同的 剪 切 體(MAF2var1、MAF2var2和MAF2var5)[39]。在相對低溫條件下，MAF2var1含量較高占據(jù)主導(dǎo)，與SVP 互作形成阻遏復(fù)合物抑制開花；隨溫度升高，MAF2var2占據(jù)主導(dǎo)，因其蛋白結(jié)構(gòu)缺少K 域和C 域不能與SVP 互作所以不能抑制開花；MAF2var5在擬南芥植株體內(nèi)可以與SVP 蛋白互作促進早花，但其表達含量較低，在其他植物中的開花調(diào)控功能還需另行討論。足以見得SVP是一個很重要的中心調(diào)節(jié)因子，SVP與FLC的作用位點相同，均結(jié)合在FT啟動子上的vCArG 基序和SOC1啟動子上的CArG基序抑制其轉(zhuǎn)錄從而抑制植物開花[35,41]。有趣的是，SVP還可直接結(jié)合在miR172a 啟動子上抑制其表達，miR172 通過下調(diào)AP2 類轉(zhuǎn)錄因子(TOE1、TOE2、SMZ、SNZ、AP2)的表達，激活FT-SOC1通路使花期提前[42]。

2.3 DELLA 蛋白調(diào)控SOC1 表達

DELLA 蛋白屬于植物特有的GRAS 基因家族，N 端具有保守的DELLA 結(jié)構(gòu)域，可以響應(yīng)赤霉素(GA)信號發(fā)生降解，C 端具有GRAS 結(jié)構(gòu)域可以調(diào)控蛋白互作和轉(zhuǎn)錄激活[43]。DELLA 蛋白缺少DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域，通過與多種轉(zhuǎn)錄因子互作調(diào)控葉片和莖頂端分生組織中FT、SOC1的表達水平進而調(diào)控植物的開花時間[44]。

DELLA 蛋白可與NF-Y 亞基及CO 蛋白發(fā)生物理作用形成聚合物結(jié)合在SOC1的啟動子區(qū)域，直接調(diào)節(jié)SOC1的轉(zhuǎn)錄[31]。DELLA 蛋白和NF-Y 亞基形成二聚體，導(dǎo)致NF-Y 無法與SOC1啟動子的NFYBE元件結(jié)合，不能激活SOC1的轉(zhuǎn)錄；而赤霉素受體GIDI 感受GA 信號之后降解DELLA 蛋白，使NF-Y亞基直接結(jié)合在SOC1啟動子的NFYBE 元件區(qū)域，通過去甲基化酶REF6 降低SOC1的甲基化水平從而上調(diào)SOC1的表達促進擬南芥開花；而長日照條件下，DELLA 蛋白RGA 與CO、NF-Y 亞基形成多聚復(fù)合物結(jié)合在SOC1啟動子的NFYBE 元件上造成早花[31]。Bao 等2019年研究發(fā)現(xiàn)，短日照條件下myc3突變體開花時間提前，F(xiàn)T的表達水平上調(diào)，采用染色質(zhì)免疫共沉淀發(fā)現(xiàn)MYC3通過結(jié)合在FT的啟動子區(qū)域抑制其表達造成晚花[45]。因為短日照條件下，GA 含量低，DELLA 蛋白大量積累并穩(wěn)定MYC3的表達，使其與FT啟動子結(jié)合(MYC3-FT)從而抑制FT的表達；長日照條件下，GA 含量升高使DELLA 蛋白被降解，CO 蛋白的豐度顯著高于MYC3，CO 蛋白結(jié)合在FT啟動子區(qū)域促進擬南芥開花[45]。即根據(jù)日照長度的不同，MYC3 與CO 蛋白競爭性的結(jié)合在FT的啟動子上調(diào)控植物開花。在此之前的一項研究[46]表明，長日照條件下DELLA蛋白與CO 蛋白互相作用形成復(fù)合體(DELLA-CO)抑制CO的轉(zhuǎn)錄活性，拮抗CO-FT通路從而抑制擬南芥開花。WRKY 轉(zhuǎn)錄因子同樣介導(dǎo)DELLA 蛋白參與調(diào)控植物的成花轉(zhuǎn)變過程[47]。遺傳雜交試驗證實WRKY75通過上調(diào)FT基因的表達促進擬南芥開花；WRKY75 與DELLA 蛋白GAI、RGL1 互作在細胞核內(nèi)形成復(fù)合物，抑制WRKY75的轉(zhuǎn)錄活性，從而抑制FT-SOC1通路延遲植物開花。

2.4 miR156-SPL 通路調(diào)控SOC1 的表達

擬南芥SPL(SQUMOSA PROMOTER BINDING PROTEIN LIKE)基因家族含有17 個成員，根據(jù)SPL 基因中SBP結(jié)構(gòu)域的大小被分為兩個分支，第1 分支是編碼SBP 結(jié)構(gòu)域超過800 個氨基酸的SPL1、SPL7、SPL12、SPL14、SPL16，第2 分 支 是SBP 結(jié)構(gòu)域少于400 個氨基酸其他的12 個成員。除SPL8之外的其他11 個第2 分支成員均是miR156(microRNA156)的靶基因，按照編碼蛋白的大小及蛋白結(jié)構(gòu)分為2 類：編碼蛋白較小的SPL3(SPL3、SPL4、SPL5)和編碼蛋白較大的SPL9(SPL2、SPL6、SPL9、SPL10、SPL11、SPL13、SPL13-Like、SPL15)[48]。

隨植物發(fā)育進程的推進，受miR156 負調(diào)控的SPL表達不斷積累，推進成花誘導(dǎo)的完成。GR 誘導(dǎo)和染色質(zhì)免疫共沉淀試驗發(fā)現(xiàn)葉片中SPL9、SPL10可以結(jié)合在miR172b (microRNA172b)啟動子上激活其轉(zhuǎn)錄，繼而抑制AP2 類轉(zhuǎn)錄因子的表達使FTSOC1活性提高促進開花[49]。研究者[50]在2009年發(fā)現(xiàn)SPL9還可以通過調(diào)控MADS-box 基因調(diào)控植物開花，SPL9在莖頂端分生組織中直接結(jié)合在SOC1和AGL42啟動子區(qū)域的CATC 基序來上調(diào)SOC1和AGL42的表達實現(xiàn)早花。即SOC1是SPL9的直接下游靶基因。而Jung 等[51]在2012年發(fā)現(xiàn)SOC1可以直接結(jié)合在SPL3、SPL4和SPL5的啟動子CArG box 區(qū)域促進開花，F(xiàn)T-FD 復(fù)合體也可以直接結(jié)合在SPL3、SPL4和SPL5的啟動子區(qū)域或者通過FT-SOC1通路間接上調(diào)SPL3、SPL4和SPL5的 表達；而SPL3、SPL4和SPL5結(jié)合在下游LFY的啟動子上促進其表達使花期提前。也就是說SOCI可作用于SPL的上游參與開花誘導(dǎo)，即SOC1-SPL-LFY通路。綜上，SOC1與SPL可互相結(jié)合到對方的啟動子區(qū)域激活下游MADS-box 基因或miR172-AP2-FTSOC1的表達從而促進開花。

SPL 蛋白可與DELLA 蛋白發(fā)生物理作用并通過調(diào)控不同的下游靶基因抑制擬南芥開花[52]。RGA 蛋白與SPL9 蛋白互作形成二聚體抑制SPL9的轉(zhuǎn)錄活性，不依賴光照可抑制莖頂端分生組織中SOC1、FUL基因的表達延遲開花；除此之外，短日照條件下RGA-SPL9 復(fù)合物還可在葉片中直接抑制miR172 的表達，繼而抑制AP2-FT-SOC1通路造成晚花[52]。SPL3和SPL5啟動子含有硝酸鹽反應(yīng)元件(NREs)，NLP7 (NIN-LIKE PROTEIN 7)和NLP6 是硝酸鹽信號的主要轉(zhuǎn)錄因子，能夠結(jié)合到SPL3和SPL5的硝酸鹽反應(yīng)元件上，不構(gòu)成脅迫條件的低濃度氮會延遲植物開花，但并不改變植物的營養(yǎng)相變過程，而硝酸鹽調(diào)控植物開花必須通過調(diào)控莖尖分生組織中SOC1的表達來實現(xiàn)[53]。即低濃度氮通過降低莖尖分生組織中SOC1的表達來延遲植物開花。3 種擬南芥自然變異材料響應(yīng)KNO3濃度調(diào)節(jié)開花時間與SOC1和FT的表達有關(guān)，關(guān)鍵核心基因GI(Gigantea)、SPL與FLC的表達也會受到硝酸鹽濃度變化的影響[54]。開花誘導(dǎo)不僅受硝酸鹽信號的影響，糖信號也會影響植物的開花誘導(dǎo)進程。6-磷酸海藻糖合成基因TPS1(TREHALOSE-6-PHOSP HATE SYNTHASE 1)在莖頂端分生組織中通過上調(diào)SPL3、SPL4、SPL5的表達促進開花；TPS1還可以不依賴于miR156-SPL通路直接在葉片中上調(diào)FT-SOC1的表達促進開花[55]。

2.5 SOC1 與AGL24 互作激活LFY 的轉(zhuǎn)錄

AGL24是SVP的同源基因，編碼MADS-box 轉(zhuǎn)錄因子，兩者結(jié)合在SOC1啟動子的同一位點，但對SOC1的作用是相反的。SOC1結(jié)合在AGL24的啟動子區(qū)域促進其表達，與此同時，AGL24同樣可以結(jié)合在SOC1的啟動子區(qū)域上調(diào)其表達，兩者在莖尖形成一個正向反饋循環(huán)[56]。在植物由營養(yǎng)生長向生殖生長轉(zhuǎn)變時，SOC1 與AGL24 在莖頂端分生組織中相互作用形成復(fù)合物，由細胞質(zhì)轉(zhuǎn)移到細胞核，結(jié)合在LFY啟動子上激活其表達從而完成開花誘導(dǎo)[12]。江為利用酵母雙雜交系統(tǒng)說明芥菜(Brassica juncea)全長SOC1 與全長AGL24 蛋白存在互作關(guān)系[57]，進一步發(fā)現(xiàn)Histone deacetylase 9 (HDA9)蛋白不能直接與SOC1、AGL24 蛋白互作，但可以結(jié)合在SOC1與AGL24啟動子上[58]。張俊利進一步構(gòu)建HDA9 的氨基酸突變體，發(fā)現(xiàn)HDA9D172A、HDA9H174A和HDA9D261A與SOC1、AGL24啟動子的結(jié)合強度均顯著減弱?？梢娊娌薍DA9 的第172、174 和261 這3 個活性位點在一定程度上調(diào)節(jié)它與開花整合子SOC1、AGL24的相互作用[59]。LFY和AP1是花分生組織特征基因，是影響花序發(fā)育的關(guān)鍵因子，這些基因的順利表達不可逆轉(zhuǎn)地賦予莖頂端從營養(yǎng)分生組織向花分生組織轉(zhuǎn)變的能力；LFY和AP1發(fā)生功能突變時，花原基被葉芽特征的營養(yǎng)結(jié)構(gòu)取代，無法發(fā)育成完整的花器官[60]。隨著花分生組織的發(fā)育，LFY和AP1不僅通過調(diào)控花器官發(fā)育基因促進花器官發(fā)育，而且同時抑制AGL24和SOC1的表達，防止成花逆轉(zhuǎn)和確定花分生組織和花器官的同一性[60]。

3 總結(jié)與展望

SOC1調(diào)控植物開花誘導(dǎo)的過程受多個基因共同作用，將上游的作用信號匯集于此。本文總結(jié)了與SOC1互作調(diào)控植物開花時間的上下游基因，主要包括CO、FT、FLC、SVP、DELLA 蛋白、AGL24及LFY，它們的作用機制研究的相對比較清晰。近些年關(guān)于營養(yǎng)信號(如硝酸鹽和糖信號)調(diào)控SOC1表達的成果較多，但具體的分子機制還需進一步分析和探討。本研究將提到的SOC1調(diào)控植物開花時間的分子作用通路歸納為圖5。迄今關(guān)于SOC1調(diào)控植物開花仍有很多的問題亟待解決。首先，多個轉(zhuǎn)錄因子都可以結(jié)合在SOC1啟動子區(qū)域，那在調(diào)控SOC1表達時如何確定某個基因占據(jù)主導(dǎo)地位？植物是如何權(quán)衡多個轉(zhuǎn)錄因子調(diào)節(jié)植物的開花時間？并不清楚。其次，調(diào)控SOC1表達的轉(zhuǎn)錄因子如FLC需要形成二聚體或者高階復(fù)合物才能發(fā)揮其生物活性，多年的研究發(fā)現(xiàn)FLC 蛋白可與SVP 蛋白、MAFs 蛋白等發(fā)生物理作用形成二聚體或高階復(fù)合物，但現(xiàn)在并不清楚FLC 聚合物具體包括幾種蛋白，需要深入探討。再次，目前并不清楚SOC1能否移動，集中研究SOC1在莖頂端分生組織調(diào)控植物的開花誘導(dǎo)過程，而葉片中的SOC1是否可以移動到莖尖需要進一步分析。而且，SOC1調(diào)控植物的花期已成為大家的共識，SOC1在不同的植物材料中表現(xiàn)出性狀的多效性，可能是其下游靶基因不同或者是同一調(diào)控通路在不同的植物中分化出新的功能，且不同科屬或者品種之間的開花調(diào)控網(wǎng)絡(luò)可能存在差異，所以很有必要利用不同的植物材料進行SOC1的功能研究及其分子機理的探究。

圖5 SOC1 介導(dǎo)的花期調(diào)控網(wǎng)絡(luò)Figure 5 Network of flowering time regulation mediated by SOC1