DELLA基因调控堇菜花二型性发育的分子机制：赤霉素信号通路与光周期响应

《Plant Physiology and Biochemistry》：Genome-wide identification of CsREMs and their roles in tea plant overwintering bud dormancy and sprouting

本研究针对堇菜(Viola philippica)在不同光周期下形成开花型(CH)和闭花型(CL)二型花的现象，揭示了DELLA基因通过赤霉素信号通路调控花器官发育的新机制。研究人员发现VphGAI能直接结合B类花器官特征基因启动子抑制其转录，为植物花型可塑性发育提供了重要理论依据。

　　

在植物王国中，堇菜展现着独特的生存智慧——同一植株能根据日照长短开出两种截然不同的花朵：在短日照条件下绽放色彩艳丽、结构完整的开花型花朵，而在长日照环境下则形成外形简约、自花授粉的闭花型花朵。这种花二型性现象不仅是植物适应环境的奇妙策略，更是发育生物学研究的重要模型。然而，光周期如何通过激素信号通路调控花器官发育的分子机制，始终是学界未解的谜题。

发表于《Plant Physiology and Biochemistry》的这项研究，首次系统揭示了DELLA基因在堇菜花二型性发育中的关键作用。研究人员通过多种分子生物学技术发现，赤霉素信号通路的负调控因子DELLA蛋白，特别是VphGAI，能够直接结合B类花器官特征基因的启动子区域，从而影响花瓣和雄蕊的发育命运。

关键技术方法包括：通过酵母单杂交实验验证蛋白与DNA的相互作用，利用双荧光素酶报告系统检测转录调控活性，采用病毒诱导基因沉默技术在本氏烟草中进行功能验证，以及实时定量PCR分析基因表达模式。实验材料为不同光周期处理的堇菜花芽。

研究结果：

DELLA基因的克隆与鉴定

研究人员从堇菜中成功分离出三个DELLA基因：VphGAI、VphRGL2和VphRGL3。系统进化分析显示这些基因与拟南芥DELLA家族成员高度同源，均含有特征性的GARS结构域，证实它们属于DELLA蛋白亚家族。

光周期调控DELLA基因表达

在不同光周期处理下，DELLA基因在开花型花芽中的表达量显著高于闭花型花芽。在10小时光照/14小时黑暗的短日照条件下，三个DELLA基因在所有五个花发育阶段的表达水平都最高，而随着日照时间延长，其表达量逐渐下降，表明DELLA基因的表达受光周期调控。

外源GA₃对DELLA基因的调控作用

低浓度外源GA₃处理能显著抑制DELLA基因的表达，特别是在短日照条件下效果最为明显。而在长日照条件下，高浓度GA₃反而会诱导DELLA基因表达上调，显示GA₃对DELLA基因的调控具有浓度依赖性。

DELLA与B类花器官特征基因的相互作用

通过酵母单杂交实验发现，VphGAI能特异性结合VphAP3、VphPI和VphTM6-1基因启动子区的顺式作用元件，包括P-BOX、TATC-BOX等赤霉素响应元件。双荧光素酶报告实验进一步证实VphGAI能抑制这些基因的转录活性。

VphGAI的功能验证

利用病毒诱导基因沉默技术在本氏烟草中敲低NbGAI基因表达后，转基因植株表现出早花、花器官增大、雄蕊丝伸长等表型，同时B类花器官特征基因的表达水平显著上调，证实了VphGAI在花器官发育中的负调控作用。

研究结论与讨论表明，DELLA基因通过响应光周期变化调控赤霉素信号通路，进而影响花器官发育。在长日照条件下，较高的赤霉素水平促进DELLA蛋白降解，解除对B类花器官特征基因的抑制，从而促进闭花型花的花丝伸长。然而，花瓣和雄蕊的发育抑制可能涉及更复杂的调控网络，包括其他DELLA家族成员或辅助转录因子的参与。这项研究不仅揭示了DELLA基因在花二型性发育中的新功能，还为理解植物如何适应环境变化提供了重要线索。