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（winterannual）。已有的研究結(jié)果表明：夏性擬南芥因為在長期進化過程中，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，開花負調(diào)控因子）的表達導(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。

　　中國科學(xué)院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)，最后將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，泛素連接酶負責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，同時持續(xù)低溫可以明顯誘導(dǎo)WRKY34的轉(zhuǎn)錄表達。

　　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，并啟動CUL3A的表達，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，最終導(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《植物細胞》（PLANT CELL）。研究得到中國科學(xué)院“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中國科學(xué)院“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。