《Plant Science》：Multiple-layered Fine-tuning of Flowering Locus C --- Flowering Control and Beyond
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FLC通过整合内部和外部信号调控植物生长发育及环境适应，涉及种子萌发、 vegetative-to-reproductive transition、生物量积累、年/多年生习性，并参与干旱、氮素和病原体响应。其分子机制涵盖转录调控（如FRI作用）、表观遗传（H3K27me3修饰）、选择性剪接等多层次调控，自然变异和转座子影响驱动适应性进化。
黄文峰|莫玉健|梁小林|何树松|蒋星宇|凌宇
中国广东海洋大学海岸农业科学学院，湛江524088
摘要
FLOWERING LOCUS C (FLC) 是一种 MADS-box 转录因子，它整合了多种内部和环境信号，精确调控植物的生长和发育。虽然历史上 FLC 被认为是春化、自主性和温度途径中开花的关键抑制因子，但最近的研究表明，FLC 的功能远不止于开花控制。本文综述了目前对 FLC 在多种发育过程中的多效性作用的理解，包括种子萌发、从幼苗到成年的转变、生物量决定，以及一年生/多年生习性的建立。此外，还探讨了 FLC 与更广泛的环境适应之间的联系，包括植物对干旱胁迫、氮素可用性和病原体耐受性的响应，其中 FLC 的作用可能是直接的也可能是间接的。文章探讨了 FLC 表达的分子机制，涵盖了转录、转录后（包括可变剪接 (AS) 和 m6A RNA 甲基化）以及表观遗传（尤其是 PRC2 介导的 H3K27me3 沉积）等多个层次的复杂调控。讨论还涉及 FLC 位点的自然序列变异和可移动元件如何促进适应性进化。通过将这些最新发现置于适当的背景中，本文旨在总结 FLC 作为发育-胁迫整合因子的功能，并批判性地评估证据的可信度，识别持续存在的知识空白，并提出未来研究的关键问题，以从描述性关联转向机制性理解。
引言
调控植物生长、发育和环境适应的分子机制是植物科学中的核心问题。开花时间作为植物生命周期中的一个关键转折点，直接或间接影响繁殖效率和环境适应性。
到目前为止，研究人员已经确定了开花调控网络中的许多因素，并将其归纳为八大主要途径：春化途径、自主途径、年龄途径、光周期途径、环境温度途径、赤霉素 (GA) 途径、脱落酸 (ABA) 途径和油菜素内酯 (BR) 途径。这些途径共同构成了一个复杂的分子网络，调控开花（Bao 等人，2020；Cho 等人，2025）。MADS-box 转录因子家族包含许多成员，其中许多已被报道参与调控植物的生长、发育和环境响应（de Folter 和 Angenent，2006）。其中，FLOWERING LOCUS C (FLC) 是编程正常发育进程和环境适应的关键因素（Zhu 等人，2021；Shen 等人，2022）。
自 20 世纪 90 年代以来，越来越多的研究集中在探索 FLC 在调控植物开花及其调控机制方面的作用，尽管早期研究主要在十字花科植物，特别是拟南芥 (Arabidopsis thaliana) 中进行。FLC 作为开花抑制因子，主要在春化、环境温度和自主途径中起作用，严格控制开花过程（Bastow 等人，2004；Michaels 和 Amasino，1999；Sheldon 等人，2000；Searle 等人，2006；Wang 等人，2020b；Chen 等人，2022；Raingeval 等人，2024）。早期研究发现，FLC 通过结合并抑制关键的下游开花激活基因来抑制开花：它在叶片中抑制 FLOWERING LOCUS T (FT) 的表达，并在茎尖分生组织 (SAM) 中抑制 SUPPRESSOR OF OVEREXPRESSION OF CO 1 (SOC1) 和开花整合因子 FD（Michaels 和 Amasino，1999；Helliwell 等人，2006）。此外，FLC 还结合到 SOC1 和 FD 的启动子以及 FT 的第一个内含子上（Searle 等人，2006；Seo 等人，2009），从而阻止这些开花启动子的转录激活（Dennis 和 Peacock，2007）。
FLC 在决定开花时间中的核心作用因其广泛的自然变异而得到强调，这是野生种群适应性的重要贡献因素。早期的遗传学研究表明，FLC 的等位基因变异（通常与 FRIGIDA (FRI) 有上位作用）是拟南芥开花时间多样性的重要原因，并有助于纬度适应性（Caicedo 等人，2004；Shindo 等人，2005）。这种变异主要是由于非编码顺式调控区域的多态性，这些多态性产生了不同的单倍型，在春化响应中的基础表达水平和表观遗传沉默动态上存在差异（Shindo 等人，2006；Li 等人，2014；Whittaker 和 Dean，2017）。这些顺式调控差异微调了 FLC 的表达，从而调节自然种群中的开花时间和生活史策略（Sanchez-Bermejo 等人，2012；Mendez-Vigo 等人，2016）。值得注意的是，这种变异的功能影响不仅限于开花，还影响其他过程，如种子萌发（Chiang 等人，2009）。
研究表明，与拟南芥相关的晚开花物种 A. arenosa 含有两个或多个差异表达的 FLC 等位基因，拟南芥及其相关物种之间的开花时间差异可能与多个 FLC 位点的表达多样性和/或拷贝数有关（Nah 和 Jeffrey Chen，2010）。此外，Wang 等人（2020b）对 102 个全球拟南芥样本进行了 FLC 基因表达水平的定量分析，发现不同拟南芥生态型之间的 FLC 表达水平存在显著差异，这突显了 FLC 蛋白丰度在开花调控中的核心作用。由于 FLC 在开花中的关键作用，其生理功能和表达调控机制已成为世界各地研究人员的关注焦点。
实际上，FLC 基因在植物发育的多个生理阶段都在多个组织中表达。它似乎作为一个调控枢纽，整合了对内部信号和环境线索的响应（Du 等人，2008；Jin 等人，2008；Searle 等人，2006；Qesta 等人，2016；Sasaki 等人，2018；Lutz 等人，2025；Rouse 等人，2002）。这表明 FLC 不仅在开花控制中发挥多效性作用，还在其他发育过程和环境适应中发挥作用。此外，最近的研究表明，FLC 不仅在转录水平上受到调控，还通过诸如 pre-RNA 可变剪接（Wang 等人，2023b；Xin 等人，2024；Zhang 等人，2025a）等过程受到调控。FLC 的广泛表达和多层次调控表明它可能具有更广泛的生理功能和更复杂的潜在调控机制。
本文主要基于最新的研究，总结了 FLC 对植物生长、发育和环境适应的调控作用。还讨论了关于 FLC 表达调控的新发现及其对下游基因响应发育和环境信号的调控机制。特别强调了 FLC 可变剪接在植物生长和发育中的作用和调控。为了综合这些多层次的调控机制，我们提出了一个示意图（图 1），概述了从信号感知到 FLC 的表观遗传、转录和转录后调控，再到最终表型效应的整个过程。最后，提出了该领域尚未解决的关键问题。
部分摘录
FLC 调节营养生长、阶段转变和营养响应
除了其在开花中的经典作用外，FLC 还以温度依赖的方式调节种子萌发（Chiang 等人，2009）。他们的研究表明，这种调控通过 FT、SOC1 和 AP1 等下游基因与 ABA 和 GA 介导的萌发途径相结合。他们的研究暗示了母体影响，因为 FLC 表达在种子成熟后期达到峰值，可能设定了影响后期萌发的激素状态。然而，这种调控的确切空间和时间动态尚不清楚。
FLC 的转录调控因子及其特性
早期研究表明，多个调控因子参与了 FLC 基因的转录调控，其中 FRIGIDA (FRI) 是 FLC 表达的关键激活因子。此外，FLC 基因表达的调控因子通常不是单独作用的（Michaels 和 Amasino，1999；Schon 等人，2021；Zhu 等人，2021；Shen 等人，2022）。例如，FRI 与 FLC EXPRESSOR (FLX)、FLX-LIKE 4 (FLX4) 等形成多蛋白复合体，这些复合体结合在 FLC 启动子附近，促进高水平的表达
不同植物中发育过程中 FLC 基因的 AS 介导调控
可变剪接 (AS) 是一种关键的转录后机制，它从单个基因生成多种 mRNA 亚型，在植物发育和胁迫适应中起着重要作用（Staiger 和 Brown，2013；Wang 等人，2023a；Alhabsi 等人，2025；Zhang 等人，2025b；Ling 等人，2021）。近年来，越来越多的证据表明 AS 是调控 FLC 表达和功能的重要机制，广泛参与整合内部发育程序和外部信号结论与未来展望
FLC 作为一个关键的分子枢纽，通过整合来自不同来源的信号（包括发育阶段、温度、水分状况、营养可用性和病原体）来精确调控植物的生长、发育策略和胁迫响应。它是植物成功适应变化环境的核心。FLC 表达的调控是一个极其复杂的网络，整合了多种机制，如顺式/反式调控元件相互作用等
作者贡献
L.Y. 设计了手稿的概念和组织结构；H.W. 在 M.Y.、L.X. 和 H.S. 的帮助下收集参考文献并撰写了手稿；L.Y. 和 J.X. 审阅了手稿。
CRediT 作者贡献声明
黄文峰：撰写——初稿，数据管理。莫玉健：撰写——审稿与编辑，数据管理。梁小林：撰写——审稿与编辑。何树松：撰写——初稿。蒋星宇：撰写——审稿与编辑，资金获取。凌宇：撰写——审稿与编辑，监督，资金获取。
致谢
本研究得到了广东省基础与应用基础研究基金会（2024A1515012394）和耐盐碱植物种质资源开发与利用创新团队的资助。
