来自奥地利科学院的Gregor Mendel分子植物生物学研究所和英国Norwich的John Innes中心的科学家们确定，在早期胚胎阶段的基因调控机制控制了拟南芥发育后期的开花行为。这篇论文发表在PNAS上。
生命早期的事件怎么能塑造生物体在其生命后期对环境线索作出反应的能力呢?这种现象能在机械的层面上加以解释吗?GMI小组领导人和共同通讯作者Michael Nodine用一个明确的声明反驳了这些问题:“我们的研究表明，在早期胚胎中建立的基因调控机制预测初始很久之后的许多事件是有主要生理因果的。”
当春天持续的比往年更长时……
发育阶段的转变是通过基因表达的精确定量调控来控制的。拟南芥花抑制因子FLC(开花位点C)是植物受精后在胚胎中默认产生的，经过数十年的研究发现，多种分子途径参与调控其表达水平。最终，这些途径会聚在一起，设定FLC的表达水平，使开花仅在对有利的环境信号作出反应时发生。换句话说，调节机制确保植物在开花前越冬，这一过程被称为“春化”，而不是一年开花多次(快速循环习惯)。然而，在特定的发育阶段，调控FLC表达的确切分子相互作用仍不清楚。
早期的生活决定会影响成年后的“繁荣”
GMI小组组长Michael Nodine和英国Norwich John Innes中心的小组组长Dame Caroline Dean教授的团队研究了FLC低温激活因子(FRI)和抑制因子FCA(开花时间控制蛋白)在拟南芥胚胎发育特定阶段的拮抗功能。研究人员，包括第一作者Michael Schon和共同作者Balaji Enugutti，分别是GMI诺丁小组的博士生和博士后研究员，揭开了植物决定开花行为的胚胎机制的谜团。也就是说，他们发现FCA促进FLC mRNA转录起始位点附近的聚腺嘌呤(poly-A)尾巴的附着，从而产生较短且无功能的FLC蛋白。另一方面，FRI促进poly-A尾部在FLC mRNA更下游的附着，从而导致FLC更长的功能版本。此外，研究小组发现，FRI对FCA的最大拮抗作用发生在胚胎发育的心形胚早期阶段。因此，FRI导致FLC表达水平增加，最终确保春化依赖(延迟)的开花。
为开花做好准备
通过这些发现，研究人员表明，FLC转录具有拮抗性的协同转录方式(当mRNA被转录时)，并且这些作用发生在植物胚胎的早期发育阶段。此外，他们提出，FLC拮抗剂FCA通过在胚胎发育早期建立一个特定的染色质状态来发挥作用，该状态随后诱导了一个没有春化作用的快速周期开花习惯。另一方面，在心形胚早期阶段，这种染色质抑制状态被FLC激活因子FRI阻止，从而维持FLC高转录状态，并持续到发育后期，导致越冬行为。“我们的研究结果表明，在一个非常特定的发育阶段，协同转录调节因子的相反功能设定了FLC的定量表达状态，”GMI小组负责人Michael Nodine说。“理解生命早期建立的基因调控机制如何影响生命后期发生的过程，是动物和植物普遍感兴趣的问题。我们的发现将对研究RNA介导的基因表达和表观遗传调控，以及控制包括花期在内的发育阶段转变的机制的研究人员感兴趣。”
来源：Proceedings of the National Academy of Sciences