时机决定一切：对花卉发育的研究揭开了大自然的完美时钟

　　日本奈良先端科学技术大学院大学（NAIST）领导的研究团队近日在《The Plant Cell》杂志上发表文章，揭示了花分生组织终止和雄蕊发育的工作原理，发现了一种由遗传和表观遗传因素相互作用驱动的独特机制。

　　

长期以来，花卉发育的复杂过程一直吸引着科学家，他们试图揭开大自然精确定时背后的神秘面纱。日本奈良先端科学技术大学院大学（NAIST）领导的研究团队近日在《The Plant Cell》杂志上发表文章，揭示了花分生组织终止和雄蕊发育的工作原理，发现了一种由遗传和表观遗传因素相互作用而驱动的独特机制。

花的复杂结构归功于微妙的干细胞分化。然而，干细胞何时停止自我更新并转变成其形态，在很大程度上仍然是未知的。为了破译这一关键的时间转变，研究人员将注意力转向AGAMOUS （AG），这是一种控制花分生组织终止的MADS结构域转录因子。

通过对模式植物拟南芥的深入分析，研究团队发现AG作为一个主要指挥，通过细胞周期偶联的H3K27me3稀释的过程来协调基因表达。在此过程中，H3K27me3组蛋白修饰沿着特定基因序列稀释，有效地启动了基因激活。他们在这个周期的不同时间点发现了几个由AG直接调控的关键基因。

这项研究揭示了一个由AG严格控制的基因网络，其中KNUCKLES（KNU）、AT HOOK MOTIF NUCLEAR locizalprotein18（AHL18）和PLATZ10等基因是关键的参与者。第一作者Margaret Anne Pelayo表示：“通过揭开这个调控回路的运作模式，我们对驱动花分生组织终止和雄蕊发育的复杂时序机制有了前所未有的了解。”

为了揭开这个复杂系统的秘密，研究人员设计出一个数学模型，能够以惊人的准确性预测基因表达时间。通过修改各个基因中H3K27me3标记区域的长度，他们成功证明了基因激活可以被延迟或减少，证明了这个表观遗传计时器的作用。研究团队的发现为人们提供了一种新的视角来研究自然如何控制花发育过程中的基因表达。

此外，他们的研究还发现AHL18是一个雄蕊特异性基因，对雄蕊的生长和发育有深远的影响。AHL18的错误表达会导致发育缺陷，突出了该基因在确保雄蕊适当伸长和成熟中的重要作用。研究人员还发现，AHL18选择性地结合了对雄蕊生长至关重要的基因，揭示了花卉发育过程中新一层的调控复杂性。

资深作者Nobutoshi Yamaguchi认为，这项研究不仅加深了我们对花卉发育机制的了解，而且为微调基因表达模式提供了一种潜在工具。通过操控表观遗传修饰的微妙平衡，人们也许能够灵活且可逆地控制植物繁殖，最终使粮食供应和农业耕作受益。

这项研究为进一步探索表观遗传学方法以便精确调控基因表达铺平了道路。通过揭开大自然的完美时钟，科学家们有朝一日也许会找到提高作物产量和增强植物恢复力的新策略，并在面临环境挑战时为粮食安全做出贡献。

原文检索

Margaret Anne Pelayo and others, AGAMOUS regulates various target genes via cell cycle–coupled H3K27me3 dilution in floral meristems and stamens, The Plant Cell, 2023;, koad123, https://doi.org/10.1093/plcell/koad123