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在植物花期调控研究中，为探究春化逆转机制，奈良科学技术研究所等机构研究人员筛选超 16,000 种化合物，发现 5 种小分子（DVRs）可在室温诱导拟南芥春化逆转，其含特定结构，能影响 FLC 表达和组蛋白修饰，为农业花期调控提供新途径。
在植物的生长历程中，开花是一个关键的转折点。对于许多单子叶植物来说，它们一生只开一次花，开花结果后便走向生命的尽头。在温带地区，冬季寒冷，不少单子叶植物需要经历一段低温时期，也就是春化作用（Vernalization），才能在来年春天顺利开花。春化作用就像是植物的 “生物钟校准器”，能让植物避开寒冷的秋冬季节，确保在适宜的环境下开花结果，繁衍后代。
然而，春化后的植物如果遇到高温，就会发生去春化作用（Devernalization），这就好比好不容易调好的 “生物钟” 又被打乱了，植物会重新回到未春化的状态，开花进程被抑制，转而继续进行营养生长。这种现象在农业生产中十分常见，比如一些蔬菜作物，如果过早开花，其可食用的营养器官（如叶子和茎）的产量和品质就会下降，影响经济效益。目前，虽然已知高温处理能导致去春化，但具体的分子机制还存在许多未解之谜。此外，之前研究发现的去春化诱导剂存在细胞毒性等问题，难以应用于实际生产。
为了深入探究去春化作用的奥秘，找到安全有效的调控方法，来自日本奈良科学技术研究所（Nara Institute of Science and Technology, NAIST）、名古屋大学（Nagoya University）、龙谷大学（Ryukoku University）、庆应义塾大学（Keio University）等机构的研究人员展开了一项极具意义的研究。他们的研究成果发表在《Communications Biology》上，为植物花期调控领域带来了新的曙光。
研究人员采用了多种先进的实验技术来开展研究。在化合物筛选实验中，利用拟南芥（Arabidopsis thaliana）的 FLC::LUC 报告株系对 16,800 种化合物进行大规模筛选。之后，运用逆转录定量聚合酶链反应（Reverse-transcription quantitative PCR, RT-qPCR）检测基因表达水平；借助染色质免疫沉淀测序（Chromatin Immunoprecipitation Sequencing, ChIP-seq）和 RNA 测序（RNA Sequencing, RNA-seq）技术，从表观遗传和转录组层面分析去春化过程中的分子变化。
大规模筛选鉴定出 5 种 DVR 化合物
研究人员对 16,800 种化合物进行筛选，成功鉴定出 5 种去春化诱导剂（Devernalizers, DVRs），分别为 DVR01 - DVR05。之前已对 DVR01 有过研究，此次着重对 DVR02、DVR03 和 DVR05 进行深入分析。实验表明，这三种化合物处理过的春化拟南芥植株，其体内开花抑制基因 FLOWERING LOCUS C（FLC）的表达水平显著提高，相较于未处理的春化植株，表达量提升了约两倍。并且，这些化合物处理后的植株抽薹时间延迟，证实了它们具有诱导去春化的作用。进一步分析发现，DVR02、DVR03 和 DVR05 这三种杂环化合物都含有螺（spiro）或螺状结构，以及乙内酰脲（hydantoin）或乙内酰脲状结构，这暗示着这些结构可能是去春化诱导剂的关键特征。
含乙内酰脲和螺结构的小分子足以诱导去春化
为验证乙内酰脲和螺结构是否足以触发去春化，研究人员测试了另外 5 种含有这两种结构的小分子化合物。结果显示，这些化合物均能使 FLC 表达水平大幅提升，约为春化植株的两倍。而仅含有乙内酰脲或螺结构的小分子则无法起到这样的效果，表明这两种结构对于 FLC 的上调都是不可或缺的。研究人员选取了其中结构最简单的 1,3 - 二氮杂螺 [4.4] 壬烷 - 2,4 - 二酮，命名为 DVR06，它对 FLC 的诱导水平最高，且其对 FLC 表达的调控呈浓度依赖性，10μM 和 25μM 的 DVR06 诱导效果显著。
DVR06 上调春化植株叶片中 FLC 的表达
FLC 在植物的多个组织中均有表达，在维管组织和分生组织中对抑制开花起着关键作用。研究人员利用 FLC::GUS 报告株系观察发现，DVR06 处理后的春化植株，其叶片的维管组织和分生组织中 GUS 信号明显增强，说明 DVR06 能有效诱导 FLC 在叶片中重新激活表达。在子叶的叶肉细胞和真叶中，90% 的 DVR06 处理植株呈现 GUS 信号，而未处理的春化植株仅有 10% 出现该信号。
DVR06 诱导去春化
由于 DVR06 能重新激活 FLC 表达，研究人员进一步探究其对植物开花时间的影响。实验结果显示，经 DVR06 处理的春化植株开花时间明显延迟，比未处理的春化植株晚 5 天抽薹，且营养生长更旺盛，叶片数量增加了 4 片。这表明 DVR06 可作为一种关键的化学信号，促进植物去春化，在农业花期调控方面具有巨大的潜力。
DVR06 处理的春化植株 FLC 位点 H3K27me3水平较低
春化作用会使 FLC 位点积累抑制性的表观遗传标记 H3K27me3。研究人员通过 ChIP-qPCR 技术检测发现，与未春化植株相比，春化植株 FLC 位点的 H3K27me3水平大幅升高；而 DVR06 处理后的春化植株，其 FLC 位点的 H3K27me3积累量显著降低，不过启动子区域以及 P3、P4 区域的水平与春化植株相近。在 P1 和 P2 区域，DVR06 处理植株的 H3K27me3水平介于未春化植株和春化植株之间。同时，各处理组中 H3K4me3水平并无明显变化。这说明 DVR06 通过降低 H3K27me3水平，而非增加 H3K4me3水平，重新激活 FLC，进而使植株呈现晚花表型。
DVR06 和热诱导的去春化作用诱导既有共享又有特异性的转录组变化
研究人员对春化植株、DVR06 处理的春化植株以及热处理的春化植株进行 RNA-seq 分析。结果发现，DVR06 处理的春化植株和热处理的春化植株分别有 816 个和 610 个基因上调，769 个和 1012 个基因下调。两种处理存在 123 个共同上调的差异表达基因（Differentially Expressed Genes, DEGs）和 176 个共同下调的 DEGs，其中包括 FLC。富集的基因本体（Gene Ontology, GO）类别显示，两种处理既有共同的影响，也有各自特异性的基因表达变化，这可能与处理条件（光照和黑暗）的差异有关。
DVR06 和热诱导的去春化途径共享许多靶位点
通过 ChIP-seq 分析 H3K27me3标记，研究人员发现热处理降低 H3K27me3水平的基因位点数量比 DVR06 处理更多，但二者在 315 个基因上存在重叠，其中包括 FLC。在这些基因中，富集的 GO 类别涉及 DNA 转录和 RNA 代谢过程的调控等。此外，热处理在 FLC 位点尤其是成核区域对 H3K27me3标记的降低作用更强，这也解释了为何热处理对 FLC 上调和去春化的诱导作用比 DVR06 更强。
综合上述研究，研究人员成功鉴定出多种具有去春化作用的小分子化合物，明确了乙内酰脲和螺结构在诱导去春化过程中的关键作用。DVR06 作为一种新型去春化诱导剂，通过降低 H3K27me3水平重新激活 FLC，进而调控植物开花时间，且其无细胞毒性，更适合农业应用。同时，研究还揭示了 DVR06 和热诱导去春化作用在转录组和表观遗传修饰方面的异同。这项研究不仅加深了人们对植物春化和去春化分子机制的理解，还为农业生产中精准调控植物花期提供了新的策略和潜在的化学工具，有望助力提高农作物产量和品质，在农业领域具有广阔的应用前景。未来，进一步研究 DVRs 的作用靶点和分子机制，将有助于开发出更高效、更具特异性的植物花期调控方法，推动农业可持续发展。
