研究发现微重力信号整合至拟南芥开花途径的潜在调控分子模块

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文章导读

在太空种菜，为什么比想象中难得多？微重力不仅让植物“站不稳”，更会打乱其内部精密的“生物钟”，导致发育迟缓、难以开花。中国科学家利用空间站实验，首次揭示了植物感知微重力并调控开花的关键分子模块。研究发现，通过基因工程手段“拨快”植物的开花时钟，竟能有效对抗太空环境的影响。这项突破为未来打造真正适应深空之旅的“太空农场”奠定了关键理论基础。

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近日，中国科学院分子植物科学卓越创新中心科研团队报道了我国空间站空间微重力作用于植物开花的实验结果。研究发现，植物在转录水平上对微重力的响应包括GI-CO-FT模块特异性和非特异性两条途径。GI-GO-FT特异性响应微重力，经由ERF、bZIP、bHLH和BES1转录因子共同调控的GCC-和CACGTG-元件，调控开花途径关键基因的表达，进而改变GI-GO-FT模块中关键基因的表达，导致植物对微重力的响应发生改变。

空间微重力环境下生长的植物表现出株型松散、发育迟缓、难以开花或结籽少甚至不结籽等问题。在植物的生长周期中，开花是植物从营养生长向生殖生长转变的关键环节，决定了植物对环境的适应性和产量。在空间环境中，时期转变阶段植物对微重力的响应比其他发育阶段更敏感。因此，解析空间微重力环境对植物开花调控的分子机理，将为选育和创制适应长期空间微重力环境的作物品种提供理论基础。

为了探索在空间微重力环境中作物高效生产的途径，团队前期利用“天宫二号”空间实验室和“实践十号”科学实验卫星，开展了系列空间植物开花的调控实验。该研究利用我国空间站生命生态实验柜中生长的拟南芥，由航天员在轨采集样品并冷冻保存返回地面。返回的四种不同基因型拟南芥样品（野生型、gi突变体、35S:CO和pHSP:GFP;pHSP:FT转基因植株）与地面对照的比对分析发现，GCC元件在非特异性微重力响应基因中富集，而bZIP、bHLH和BES1转录因子共同调控的CACGTG元件，在GI-CO-FT特异性微重力响应基因中富集。这揭示了ABA、BR、GA和光信号途径与微重力信号整合对空间植物开花的调控作用。