植物进化是一个漫长的过程,同一类植物分布在不同的区域,为了适应不同的环境,在进化过程中遗传基因会发生不同的变化,出现丰富的自然变异,从而维持了各种花期类型,这种现象在模式植物拟南芥中非常普遍,是遗传多样性的一个重要特征。
有研究发现,FRIGIDA (FRI)和FLOWERING LOCUS C(FLC)是抑制植物开花的两个关键基因。比如,冬小麦之所以需要过冬,主要是因为FRI和FLC的同源基因表达水平很高,抑制了冬小麦开花,经过秋冬两季长时间的低温,FLC表达水平就会慢慢下降,等到来年春天,随着气温的逐步升高,冬小麦才得以开花结果。同时,只有在FRI和FLC共存的情况下,才能发挥抑制开花的功能,任何一个基因的缺失都会导致植物早开花。
在不同类型的拟南芥中,FLC的表达水平有很大差异。李培金课题团队对世界范围内的102种拟南芥的FLC基因的表达水平进行了定量分析,通过全基因组关联分析技术筛选出一个花期调控关键基因SSF。SSF基因编码的蛋白质担负着调控花期的功能。通过进一步研究发现,SSF基因编码的蛋白质具有两个变异类型——SSF414D和SSF414N。植物体广泛存在的蛋白泛素化修饰和降解系统能识别这两种蛋白质,并调控SSF蛋白质水平的高低,从而影响开花抑制基因FLC的表达水平,导致植物花期发生改变。
李培金解释说,SSF基因的两种变异类型很神奇,SSF414D和SSF414N虽然都能抑制植物开花,但414D功能更强更明显,414N相对表现不明显。414D主要存在于北方的植物中,相对来讲可以使植物晚开花,适应北方的寒冷气候;而414N主要存在于南方的植物中,相对来讲调控植物早花,以适应南方较为温和的生长环境。