撰文 | 朱楊

2021年1月15日，賓夕法尼亞大學朱楊博士（現任浙江大學百人研究員）和Doris Wagner教授課題組在Journal of Experimental Botany的Flowering Newsletter Reviews專題上發表了題為Molecular regulation of plant developmental transitions and plant architecture via PEPB family proteins – an update on mechanism of action的綜述。促成此文有三個因素：第一，去年年初我們收到邀請；第二，因為疫情能去實驗室的時間受限；第三，成花素髮現100週年。

根據上個世紀初的文獻記載，植物學家們已經發現，因季節改變而變化的晝夜長短能夠影響植物生育期長短，即光週期現象。營養和生殖生長是植物發育的兩個重要階段，對生物質積累，植株形態，果實品質和產量都有顯著影響。經過幾代科學家的努力，成花素基因FLOWERING LOCUS T (FT) 是目前公認的感知光週期的關鍵基因，也是決定是否進入生殖生長的重要遺傳因子。FT蛋白屬於人體中也存在的磷脂醯乙醇胺結合蛋白(Phosphatidyl Ethanolamine-Binding Protein, PEBP)家族，在開花植物中廣泛存在，氨基酸序列保守。近20年，科學研究不斷取得突破，發現FT在其他重要發育階段也有舉足輕重的功能，如花序結構、腋芽休眠和塊莖形成等。

PEBP基因家族中成員數量不多，但是功能十分重要，按照功能上分有FT 、TERMINAL FLOWER 1 (TFL1) 和MOTHER OF FT AND TFL1 (MFT) 三個分支。其中TFL1跟FT功能相反，主要在營養型分生組織中存在，因此如何平衡TFL1和FT的功能對植物向營養還是生殖發育起到不可逆的影響。MFT表達特異性很強，主要在種子和根部，因此對種子發育和休眠有關鍵作用。

本文以近三年研究PEBP基因家族功能的文章為重點，梳理了其在模式植物和經濟作物中新突破的分子調控機制，展望了相關農業應用前景，並提出了領域內和交叉領域中未來的重要研究方向。由於綜述裡資訊量龐大，下面用圖說話，把重點簡單羅列一下。

TFL1和FT的拮抗分子機制，不僅與地上部分花序形成有關，而且對馬鈴薯地下塊莖發育有直接影響。透過大規模的測序和已知重要下游基因功能分析，發現TFL1和FT共享多條激素通路中的重要靶標基因。蛋白量FT>> TFL1時，頂端分生組織變成頂生花結構，馬鈴薯塊莖化迅速。TFL1>> FT時，植物趨向於營養生長。當FT和TFL1達到內在平衡時，營養和生殖生長處於相對最佳化狀態。

PEBP基因家族在不同植物中的新發現。（A）腋芽休眠與生長的分子機制是FT和TFL1拮抗作用的又一體現。擬南芥中FT和轉錄因子FD複合體，響應誘導性光週期，克服了TFL1-FD對分支生長的抑制，透過上調SMXL基因實現腋芽生長。與FT2-FDL1相反，低溫和短日照透過TFL1抑制楊樹AP1 / FUL / CAL同源基因LAP1促進葉芽休眠。（B）馬鈴薯葉片中合成的FT同源物StSP6A促進糖轉運，幫助塊莖形成。（C）TFL1和MFT影響種子發育和萌發過程與脫落酸途徑中ABI5密切相關。

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原文連結：

https://doi.org/10.1093/jxb/eraa598