蹺蹺板模型：FT 基因家族調控大豆開花時間

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2017年11月9日，New Phytologist 在線發表了中國農業科學院作物科學研究所大豆育種技術創新與新品種培育團隊的論文，題為：Functional diversification of Flowering Locus T homologs in soybean: GmFT1a and GmFT2a/5a have opposite roles in controlling flowering and maturation

該論文發現大豆FT基因家族成員GmFT1a 能夠延遲大豆開花和成熟，與開花促進基因GmFT2a/GmFT5a 相互拮抗，共同調節大豆的生長發育。該研究還進一步證實了大豆FT 家族基因功能分化的存在及其對大豆發育的重要調節作用。

大豆是短日照植物，比如自貢冬豆（Zigongdongdou，ZGDD）在長日照條件下不開花，經短日照處理再轉移至長日照條件時會發生開花逆轉現象，據此推測在長日照條件下可能有開花抑制子的存在。本研究發現，自貢冬豆的FT 家族基因GmFT1a 在長日照條件下特異表達，並發現GmFT1a 在不同處理條件下的表達模式與開花促進基因GmFT2a/GmFT5a 完全相反，即在長日照條件下表達量增加，而短日照條件下表達量降低。此外，在短日照條件下，GmFT1a 過表達株系表現為營養生長、生殖生長和整個生育期均明顯延長，生物量增加。

根據本研究以及前人的結果，文章提出了FT 基因家族調控大豆開花時間的蹺蹺板模型（Teeter board model）。這個模型中，E1 是依賴光周期的開關基因，它可以上調開花抑制基因GmFT1a的表達，而下調開花促進基因GmFT2a/GmFT5a的表達。即：

在長日照條件下，開關基因E1 被激活，GmFT2a/GmFT5a的表達受到抑制，而促進GmFT1a（或GmFT4）的表達，此時大豆表現為晚花，具有更長的營養生長期；在短日照條件下，開關基因E1 被抑制，此時GmFT1a（或GmFT4）的表達受到抑制，而促進GmFT2a/GmFT5a的表達，此時大豆表現為早花，更早的轉向生殖生長。

調控大豆開花時間的蹺蹺板模型

文章摘要：

大豆的開花和成熟受光周期的嚴格調控。將光周期敏感的大豆品種從短日照（SD）轉移到長日照（LD）條件下，該大豆品種可以進行開花逆轉，表明在LD條件下存在「開花抑制子」。

我們將基因表達譜與轉基因植物的研究相結合，證實了GmFT1a（大豆開花基因FT的同系物）是一種開花抑制子。

GmFT1a在葉中特異性表達，這與促進開花的FT同系物GmFT2a/5a類似。自貢冬豆是研究開花逆轉的模式品種，該品種中，GmFT1a表達受LD誘導，而受SD條件抑制。這是意料之外的，因為它與開花促進子GmFT2a/5a的表達完全相反。此外，大豆的關鍵成熟基因E1可能會上調GmFT1a的表達。同樣值得注意的是GmFT1a的表達在晚花品種中顯著的高。 GmFT1a的過表達延遲了大豆的開花和成熟，證實了GmFT1a起著開花抑制子的作用。

這一發現突出說明了FT基因家族在大豆中的功能多樣性的複雜影響，並且暗示在該高度光周期敏感的植物中，抑制和促進開花的FT同系物之間的拮抗作用可以特異的指定營養生長和生殖生長。