春化(vernalization)是指一、二年生種子作物在苗期需要經(jīng)受一段低溫處理，才能開(kāi)花結(jié)實(shí)的現(xiàn)象。冬性草本植物(如冬小麥)一般于秋季萌發(fā)，經(jīng)過(guò)一段營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)后度過(guò)寒冬，于第二年夏初開(kāi)花結(jié)實(shí)，這是因?yàn)槎灾参镄枰?jīng)歷一定時(shí)間的低溫才能形成花芽。春化也是植物適應(yīng)性進(jìn)化的結(jié)果。生長(zhǎng)在低緯度地區(qū)的擬南芥不需要經(jīng)過(guò)春化階段就可以正常開(kāi)花繁殖，此類稱為夏性擬南芥(summer annual);而生長(zhǎng)在高緯度的擬南芥必須要經(jīng)過(guò)春化階段才能促進(jìn)開(kāi)花，否則開(kāi)花時(shí)間將明顯延遲，此類稱為冬性擬南芥(winter annual)。已有的研究結(jié)果表明：夏性擬南芥因?yàn)樵?進(jìn)化過(guò)程中，控制春化作用的一個(gè)重要蛋白 FRIGIDA(FRI)部分序列發(fā)生丟失導(dǎo)致 FRI 蛋白失活，從而不能有效促進(jìn) FLC(MADS-box 家族基因，開(kāi)花負(fù)調(diào)控因子)的表達(dá)導(dǎo)致早花。而冬性擬南芥因?yàn)?FRI 蛋白依舊保持活性，如果不經(jīng)過(guò)春化，F(xiàn)RI 蛋白促進(jìn) FLC 表達(dá)來(lái)抑制開(kāi)花，而一定時(shí)間持續(xù)低溫的春化作用，可以有效解除 FRI 對(duì)開(kāi)花的抑制作用。春化現(xiàn)象為植物生理學(xué)家研究環(huán)境因子(比如低溫)如何影響植物發(fā)育(比如開(kāi)花)提供了理想的素材，但是春化現(xiàn)象的內(nèi)在機(jī)制卻是錯(cuò)綜復(fù)雜、撲朔迷離，對(duì)于內(nèi)在機(jī)理的解析也是眾說(shuō)紛紜。

*昆明植物研究所胡向陽(yáng)研究組與楊永平研究組經(jīng)過(guò)多年的努力，從冬性擬南芥中分離出有功能的 FRI 蛋白，并將 FRI 蛋白融合到綠色熒光蛋白 GFP 上(該融合蛋白命名為 FRI-GFP)，zui后將 FRI-GFP 蛋白轉(zhuǎn)入到夏性擬南芥中，使沒(méi)有春化現(xiàn)象的夏性擬南芥也獲得春化性狀，重建了利用模式植物擬南芥研究春化機(jī)理的新體系。利用此體系，研究人員首先發(fā)現(xiàn)春化過(guò)程中的持續(xù)低溫處理可以明顯誘導(dǎo) FRI 蛋白的降解，一系列的體內(nèi)體外生理生化實(shí)驗(yàn)證實(shí) FRI 蛋白降解是通過(guò)泛素/26S 蛋白酶體途徑來(lái)實(shí)現(xiàn)的。泛素/26S 蛋白酶體途徑是真核生物中重要的調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)蛋白動(dòng)態(tài)平衡的系統(tǒng)。在蛋白質(zhì)泛素化修飾過(guò)程中，泛素連接酶負(fù)責(zé)特異性識(shí)別和招募底物蛋白分子。CULLIN 家族蛋白是一類介導(dǎo)泛素連接酶復(fù)合物組裝的連接分子。作為 CULLIN 家族成員之一，CUL3 與具有 BTB 結(jié)構(gòu)域的銜接蛋白組成泛素連接酶復(fù)合物，并結(jié)合特異性的底物來(lái)介導(dǎo)底物的泛素化。

研究人員通過(guò)酵母雙雜交、免疫共沉淀、雙分子熒光互補(bǔ)等技術(shù)首先鑒定到兩個(gè)全新的 LRB1 與 LRB2 蛋白，這兩個(gè)全新的蛋白含有 BTB 結(jié)構(gòu)域并能夠與 FRI 相互作用，研究人員同時(shí)發(fā)現(xiàn) FRI 也可以通過(guò) LRB1/2與 CUL3A 蛋白互作，失活 LRB1/2 或 CUL3A 蛋白都可以抑制低溫誘導(dǎo) FRI 蛋白的泛素化降解。進(jìn)一步的遺傳學(xué)與生理生化證據(jù)表明轉(zhuǎn)錄因子 WKRY34 可以識(shí)別 CUL3A 基因啟動(dòng)子區(qū)域的 W-BOX 結(jié)構(gòu)域并啟動(dòng) CUL3A 的表達(dá)，同時(shí)持續(xù)低溫可以明顯誘導(dǎo) WRKY34 的轉(zhuǎn)錄表達(dá)。

研究表明，在春化過(guò)程中，持續(xù)低溫誘導(dǎo) WRKY34 基因上調(diào)表達(dá)，并啟動(dòng) CUL3A 的表達(dá)，同時(shí) LRB1/2 蛋白作為橋梁招募 CUL3A 與 FRI 形成蛋白復(fù)合物，驅(qū)動(dòng) FRI 的泛素化降解,從而解除了 FRI 蛋白對(duì) FLC 的上調(diào)作用以及 FLC 對(duì)植物開(kāi)花的抑制作用，zui終導(dǎo)致植物早花。以前的春化機(jī)制研究側(cè)重于低溫信號(hào)如何對(duì) FLC以及其它開(kāi)花相關(guān)基因的表觀遺傳調(diào)控，該研究則更多地關(guān)注低溫信號(hào)如何通過(guò)調(diào)控春化相關(guān)蛋白本身的動(dòng)態(tài)變化來(lái)影響植物開(kāi)花，為植物春化現(xiàn)象的機(jī)理研究提供了新視角。

該研究結(jié)果以Proteasome-mediated degradation of FRIGIDA modulates flowering time in Arabidopsis during vernalization 為題在線發(fā)表于《植物細(xì)胞》(Plant Cell)。研究得到*“百人計(jì)劃"項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、云南省中青年學(xué)術(shù)和技術(shù)帶頭人后備人才項(xiàng)目與*“西部之光"人才培養(yǎng)計(jì)劃支持。國(guó)家重大科學(xué)工程“中國(guó)西南野生生物種質(zhì)資源庫(kù)"研究平臺(tái)提供了相關(guān)研究支持。