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悬铃木（Platanus × acerifolia）果毛季节性脱落带来环境与健康问题，研究人员开展悬铃木 SPL 基因家族研究。他们鉴定出 32 个 PaSPL 基因，发现 PaSPL8a 可促进开花。这为悬铃木遗传改良提供依据，有助于解决相关问题。
悬铃木，这种常见的行道树，在城市绿化中扮演着重要角色。然而，它果毛季节性脱落的问题却让人们困扰不已。不仅会刺激呼吸道，引发过敏等健康问题，还会对环境造成一定污染。为了解决这一难题，深入探究悬铃木开花的分子机制就显得尤为重要，因为开花是植物生长发育的关键阶段，调控开花或许能为解决果毛脱落问题找到突破口。
华中农业大学的研究人员勇敢地迎接了这一挑战，开展了关于悬铃木 SPL（SQUAMOUS PROMOTER BINDING PROTEIN-LIKE）基因家族的研究。他们通过一系列实验，取得了令人瞩目的成果。研究表明，SPL 基因家族在悬铃木的生长、开花等生理过程中发挥着关键作用，其中 PaSPL8a 基因更是作为开花的正向调节因子，为悬铃木开花调控机制的研究提供了关键线索。这些研究成果发表在《Horticulture Advances》杂志上，为后续悬铃木的遗传改良和育种工作奠定了坚实基础。
研究人员在开展研究时，主要运用了以下关键技术方法：一是利用生物信息学手段，从悬铃木基因组数据中鉴定 PaSPL 基因，并进行序列分析；二是通过 RNA 测序（RNA-seq）和定量实时荧光定量聚合酶链式反应（qRT-PCR）技术，分析基因在不同组织和发育阶段的表达情况；三是借助基因克隆、载体构建和转基因技术，将 PaSPL8a 基因转入拟南芥（Arabidopsis thaliana）中，验证其功能。
下面来看具体的研究结果：
- PaSPL 基因家族的鉴定与分析：研究人员基于悬铃木基因组数据，成功鉴定出 32 个 PaSPL 蛋白。序列分析显示，这些蛋白的长度、分子量和等电点存在差异，部分蛋白序列相同，暗示可能存在基因复制或可变剪接事件。PaSPL 基因在染色体上分布不均，共线性分析表明片段复制是其基因家族扩张的主要机制12。
- 系统发育关系、基因结构等分析：通过构建系统发育树，研究人员将 SPL 蛋白分为九个组。对保守结构域、基序和基因结构的分析发现，不同组的 PaSPL 基因存在差异。此外，还预测了 13 个 PaSPL 基因含有 miR156 的靶位点，其靶位点的位置和错配情况可能影响基因的转录后调控34。
- 启动子结构分析：对 PaSPL 基因启动子区域的分析表明，其富含光响应元件，还包含植物激素响应元件、生长发育相关元件和胁迫响应元件，说明 PaSPL 基因的转录调控受多种因素影响，参与植物生长、光信号传导、植物激素信号通路以及对环境变化的适应过程5。
- PaSPL 基因的表达分析：qRT-PCR 分析显示，同一亚家族的 PaSPL 基因表达模式相似，部分基因在特定组织中高表达。转录组数据分析发现，许多 PaSPL 基因在开花过程中表达发生变化，尤其是在花发育的关键时期。比较野生型和无花种质资源的转录组数据发现，PaSPL3d、PaSPL8a 和 PaSPL9a 存在差异表达，其中 PaSPL8a 在无花种质中的表达明显降低67。
- PaSPL8a 的功能验证：亚细胞定位实验证实 PaSPL8a 定位于细胞核。将 PaSPL8a 在拟南芥中过表达，结果显示转基因植株开花时间提前，且关键开花调控基因 AtFT、AtSOC1 和 AtFUL 的表达上调。双荧光素酶报告实验和电泳迁移率变动分析（EMSA）表明，PaSPL8a 可直接激活 PaFT 和 PaFTL 的转录，从而促进开花89。
在研究结论和讨论部分，此次研究全面解析了悬铃木 PaSPL 基因家族的遗传结构、保守结构域、miR156 靶位点和顺式调控元件，揭示了其与开花调控的紧密联系。特别是 PaSPL8a 基因，在野生型和无花种质间存在差异表达，过表达可促进拟南芥早花，还能直接激活 PaFT 和 PaFTL 的转录。这不仅加深了我们对悬铃木开花调控网络的理解，更为未来悬铃木的遗传改良和育种提供了关键理论依据。同时，研究中发现的一些特殊现象，如 miR156 靶位点的错配等，也为进一步探索植物开花调控的复杂机制提供了新的方向，有助于推动植物分子生物学领域的发展。
