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，才能開花結(jié)實的現(xiàn)象。冬性草本植物(如冬小麥)一般于秋季萌發(fā)，經(jīng)過一段營養(yǎng)生長后度過寒冬，于第二年夏初開花結(jié)實，這是因為冬性植物需要經(jīng)歷一定時間的低溫才能形成花芽。春化也是植物適應(yīng)性進化的結(jié)果。生長在低緯度地區(qū)的擬南芥不需要經(jīng)過春化階段就可以正常開花繁殖，此類稱為夏性擬南芥(summer annual);而生長在高緯度的擬南芥必須要經(jīng)過春化階段才能促進開花，否則開花時間將明顯延遲，此類稱為冬性擬南芥(winter annual)。已有的研究結(jié)果表明：夏性擬南芥因為在*進化過程中，控制春化作用的一個重要蛋白 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 FLC(MADS-box 家族基因，開花負(fù)調(diào)控因子)的表達(dá)導(dǎo)致早花。而冬性擬南芥因為 FRI 蛋白依舊保持活性，如果不經(jīng)過春化，F(xiàn)RI 蛋白促進 FLC 表達(dá)來抑制開花，而一定時間持續(xù)低溫的春化作用，可以有效解除 FRI 對開花的抑制作用。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(比如開花)提供了理想的素材，但是春化現(xiàn)象的內(nèi)在機制卻是錯綜復(fù)雜、撲朔迷離，對于內(nèi)在機理的解析也是眾說紛紜。

*昆明植物研究所胡向陽研究組與楊永平研究組經(jīng)過多年的努力，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理的新體系。利用此體系，研究人員首先發(fā)現(xiàn)春化過程中的持續(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)體外生理生化實驗證實 FRI 蛋白降解是通過泛素/26S 蛋白酶體途徑來實現(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)蛋白動態(tài)平衡的系統(tǒng)。在蛋白質(zhì)泛素化修飾過程中，泛素連接酶負(fù)責(zé)特異性識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)合特異性的底物來介導(dǎo)底物的泛素化。

研究人員通過酵母雙雜交、免疫共沉淀、雙分子熒光互補等技術(shù)首先鑒定到兩個全新的 LRB1 與 LRB2 蛋白，這兩個全新的蛋白含有 BTB 結(jié)構(gòu)域并能夠與 FRI 相互作用，研究人員同時發(fā)現(xiàn) FRI 也可以通過 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 可以識別 CUL3A 基因啟動子區(qū)域的 W-BOX 結(jié)構(gòu)域并啟動 CUL3A 的表達(dá)，同時持續(xù)低溫可以明顯誘導(dǎo) WRKY34 的轉(zhuǎn)錄表達(dá)。

研究表明，在春化過程中，持續(xù)低溫誘導(dǎo) WRKY34 基因上調(diào)表達(dá)，并啟動 CUL3A 的表達(dá)，同時 LRB1/2 蛋白作為橋梁招募 CUL3A 與 FRI 形成蛋白復(fù)合物，驅(qū)動 FRI 的泛素化降解,從而解除了 FRI 蛋白對 FLC 的上調(diào)作用以及 FLC 對植物開花的抑制作用，zui終導(dǎo)致植物早花。以前的春化機制研究側(cè)重于低溫信號如何對 FLC以及其它開花相關(guān)基因的表觀遺傳調(diào)控，該研究則更多地關(guān)注低溫信號如何通過調(diào)控春化相關(guān)蛋白本身的動態(tài)變化來影響植物開花，為植物春化現(xiàn)象的機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*“百人計劃"項目、國家自然科學(xué)基金項目、云南省中青年學(xué)術(shù)和技術(shù)帶頭人后備人才項目與*“西部之光"人才培養(yǎng)計劃支持。國家重大科學(xué)工程“中國西南野生生物種質(zhì)資源庫"研究平臺提供了相關(guān)研究支持。