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月季为什么需要补光?园艺学院王长泉教授团队对月季光信号应答研究取得重要进展
  • 日期:2021年03月11日 14:30
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月季作为世界“四大切花”之首,具有极高的商业价值和独特的文化内涵。目前,我国切花月季种植面积已经超过40万亩,年产值突破200亿元。切花月季生产主要是在温室中进行,由于薄膜、玻璃等覆盖材料的阻挡,光照不足是普遍存在的问题,尤其是在冬春和阴雨季节,严重影响切花月季的产量和品质。所以,人工补光是设施月季种植的关键技术之一。补光成本依据地区、光源和设施条件不同大约占生产成本的10-30%,已经成为制约我国月季产业提质增效的瓶颈问题之一。因此,研究月季光响应规律具有现实的生产需求和理论价值。

南京农业大学王长泉教授团队前期研究发现,月季是日中性植物,在光强满足的条件下,其开花时间对光周期相对不敏感。其中,RcCO在长日照条件下高表达并对月季开花发挥了主导作用,而RcCOL4则在短日照下高表达并发挥开花调控功能,且RcCOL4位于RcCO的上游。RcCOL4通过与RcCO蛋白互作促进RcCO与RcFT启动子上CORE元件的绑定,进而促进RcFT在短日照下表达,使得月季在短日照条件下也能开花,从而表现出光周期不敏感性(如图1所示)。该研究成果“Alternative expressions of RcCOL4 in short day and RcCO in long day facilitate day-neutral response in Rosa chinensis”发表在国际学术期刊Journal of Experimental Botany,法国农科院的Béatrice Denoyes教授对该成果进行了评述。

图1 RcCOL4和RcCO协同调控月季光周期响应的作用机制

和光周期响应不同,月季对光强的应答却很敏感。团队前期发表在Plant Physiology的成果显示,当光周期条件一致(16h光照/8h黑暗)时,无论有没有远红光(EOD-FR)补充,弱光(92 μmol·m-2·s-1)下生长的月季比强光(278μmol·m-2·s-1)下开花时间延迟2周以上,株高和节间都明显降低。在弱光条件下,RcPIF1、RcPIF3、RcPIF4在蛋白水平和转录水平都出现明显积累。干扰RcPIFs基因后月季花期和株高得到不同程度的恢复。这几个RcPIFs既能两两进行蛋白互作,同时都能与RcCO互作,CoIP结果证明四者形成复合体。光照强度通过改变该复合体的稳定性调控RcFT的转录水平和开花(图3)。可见,RcPIFs在月季光强应答中扮演了关键角色,而RcCO发挥了重要的调节作用。所以,要实现月季的精准补光不仅要选择最佳的光照长度,还要统筹考虑光强和光质的综合作用。

图2 Plant Physiology 在线文章截图

图3 RcPIFs和RcCO协同调控月季光强应答的作用机制

王长泉教授团队主要从事花卉发育生物学,以蔷薇属植物为主要对象,综合运用传统分离群体和QTL定位、现代分子生物学及多组学技术,发掘控制月季/玫瑰/蔷薇成花以及花器官发育的关键基因及调控网路,重点从光信号响应、低温春化和激素途径三个维度解析月季多次开花的分子机制,积累扎实的研究基础,发表多篇研究论文,得到了国家自然科学基金、新疆联合基金和国家重点研发计划的资助。