科学家们揭示了紫花苜蓿开花时间调节的基因网络

近日，中国科学院植物研究所研究员王雷、副研究员张媛媛透露了紫花苜蓿开花时间调节的基因网络，基于季节和昼夜转录组图谱。国际学术期刊Plant发表了相关成果 Cell & Environment。

紫花苜蓿作为一种优质的豆科牧草，在世界范围内广泛种植。在中国，这是牛羊等牲畜的关键饲草来源，对保证畜牧业的高质量发展具有重要意义。花期是评价紫花苜蓿成熟度、确定最佳时机的关键指标，也是平衡其产量和质量的核心因素。花期也直接关系到紫花苜蓿一年中的切割频率及其在不同地理区域的适应性。目前还不清楚紫花苜蓿开花期控制的分子机制。

过去，关于开花时间控制的研究大多在可控的培养室环境中进行，这不能完全模拟真实的自然环境。为了识别不同季节控制紫花苜蓿开花时间的关键基因，研究人员绘制了紫花苜蓿在自然环境条件下的季节和昼夜转录组图，以两组呈现极端早花和晚花形状的紫花苜蓿为研究材料。

结合序列相似性和传统结构域分析方法，研究人员共识别了389个候选基因来调节紫花苜蓿的开花时间，其中92个基因在早花和晚花材料之间表现出不同的表达。研究人员进一步分析了这些基因的蛋白质互作网络，发现春季特异检测的差异表达基因主要参与春化，而夏季和秋季主要参与生物钟和光周期。此外，日常定期转录组的动态分析表明，叶绿体发育、氧化还原过程、生物胁迫响应、生长发育等生物学过程在一天中的特定时间根据外部的精确定时间排列信。

这项研究突破了传统实验室环境下单一环境元素的研究限制，从全景的角度揭示了紫花苜蓿适应昼夜和季节性环境变化的分子策略，为紫花苜蓿花期的精确调控提供了大量的基因资源。