植物SVP基因的研究进展

刘世男林新春

（1.浙江农林大学 亚热带森林培育国家重点实验室培育基地，临安 311300；2.北京林业大学林学院，北京 100083）

植物SVP基因的研究进展

刘世男1，2林新春1

（1.浙江农林大学 亚热带森林培育国家重点实验室培育基地，临安 311300；2.北京林业大学林学院，北京 100083）

SHORT VEGETATIVE PHASE（SVP）是重要开花抑制基因，主要在营养阶段表达。SVP基因参与花分生组织的形成，并调节开花途径中的整合因子FLOWERING LOCUS T（FT）、SUPPRESSOR OF OVEREXPRESSION OF CONSTANS1（SOC1）和FLOWERING LOCUS C（FLC）的表达，从而调控开花时间。SVP的表达受光照、温度等因素的影响。就国内外对SVP基因及同源基因的一些研究进展进行综述，并探讨其未来的研究方向。

SVP SVP同源基因 成花转变

开花是植物从营养生长向生殖生长转变的结果，是植物生存、繁衍和进化的重要途径。在花的发育过程中，环境信号是诱因，生理信号是原因，而分子遗传机理才是本质，无论哪个阶段的细胞活动都离不开相关基因的调控。通过对模式植物拟南芥突变体的研究发现，至少80个位点与开花有关［1］，延迟成花的位点有20余个，其中SHORT VEGETATIVE PHASE（SVP）是关键的抑制基因，在营养发育阶段起重要作用。自通过En-1转座子对拟南芥的早花突变体诱变处理确认SVP基因以来，许多科研工作者已经对其及同源基因的结构、表达方式及功能等方面进行了大量的研究，因此本人将研究的结果做一总结，并探讨其发展方向。

1 SVP基因的结构

对拟南芥的研究表明，SHORT VEGETATIVE PHASE（SVP）是一个编码MADS-box转录基因的开花负调节者，包括9个外显子和8个内含子，开放阅读框（ORF）为723 bp，可编码240个氨基酸，分子量为28.9 kD［2］。SVP属于MADS-box蛋白质家族，该蛋白通过结合到顺式元件（CArG区）发挥其转录调控因子的作用［2，3］。SVP与AGL24、STMADS16序列有很高的相似性，都属于STMADS11亚家族。被子植物的MADS-box基因可分成11个主要的亚家族（Subfamiliy），分别为AG、AGL16、AP3/PI（B）、GGM13（Bs）、STMADS11、TM13、AGL2（SEP）、AGL17、AP1/SQUA、AGL15和FLC亚家族［4］。马铃

薯中的STMADS11是第一个被发现在营养组织中表达的MADS-box基因［5］，还有STMADS16（Solanum）、GGM12（Gnetum）、ZMM21（Zea）、BM1（Hordeum）等基因都归属于STMADS11亚家族［4］。

SVP同源基因广泛存在于植物中，如番茄（Lycopersicon esculentum）、大白菜（Brassica pekinensis）、金鱼草（Antirrhinum majus）、葡萄（Vitis vinifera）、桉树（Eucalyptusspp.）等［6-11］。研究表明，SVP在拟南芥中有两个转录本，大约为1.7 kb和1.3 kb；大麦中有3个同源基因，分别为BARLEY MADS 1（BM1），BM10和VEGETATIVE TO REPRODUCTIVE TRANSITION 2（VRT2）［2，12，13］；水稻（Oryza sativa）中有3个同源基因，即OsMADS22、OsMADS47和OsMADS55［9，14，15］；猕猴桃中有4个同源基因SVP1、SVP2、SVP3和SVP4［16］。FLOWER（CAL）、AGL24和SVP基因在花发育早期起关键作用，决定花分生组织特异性［18］。SVP是MADS-box转录因子，与AGL24亲缘关系最近［19］，但两者在调控开花作用上具有相反的功能，SVP作为开花抑制因子，而AGL24作为开花促进因子［2，19］。AGL24和SVP在花分生组织形成过程中功能冗余，它们的蛋白通过与AP1、LUG和SEU形成复合物阻碍B类和C类基因的表达，从而起到抑制成花转变的作用［18，20，21］。

2 SVP基因的表达及功能

2.1SVP基因的表达

对野生型拟南芥的时空表达进行研究发现，SVP基因主要在营养组织和花原基中表达，而花和果实中无表达，两个转录本（1.7 kb和1.3 kb）在根和叶中的表达水平相似；不考虑光周期条件，在营养生长过程中两个转录本的表达水平保持稳定，而在花序发育阶段呈现出不同程度的减少［2］。水稻中的SVP基 因OsMADS22、OsMADS47和OsMADS55三者的表达时间和组织不同，OsMADS47主要在幼年期起作用，OsMADS55则在成熟期发挥功能，而两者的转录水平在根和芽中最丰富；OsMADS22的mRNA在成花的整个过程中保持稳定，在胚芽鞘中OsMADS22转录水平比OsMADS47和OsMADS55转录水平高［9，17］。杨堃等［10］对葡萄研究表明，VvSVP基因在无核白葡萄和黑比诺葡萄的营养器官（根、茎和叶）和生殖器官（花蕾、盛花和胚珠）中均有表达，但是表达量有差异；在黑比诺葡萄中，该基因在茎中的表达量最高，在根中的表达量也略高于无核白葡萄。猕猴桃中的SVP基因表达被局限于营养器官中，花分化之前逐渐下调［16］。上述表明SVP的组织表达部位主要是营养器官。

2.2SVP基因的功能

在植物成花过程中APETALA1（AP1）、CAULI-

冬小麦的SVP（VRT-2）基因在营养阶段被上调，而春化作用使其受到抑制，证明其可能是开花转变的抑制者［13，22］；大麦SVP（BM1或BM10）的异位表达使穗发育受到阻碍并引起成花逆转［23］；枳（Poncirus trifoliata）中SVP基因的异位表达使拟南芥的开花表型发生异常，并延迟了开花时间；这些说明SVP类基因可能影响植物的开花时间和花发育过程。利用核苷酸干扰（RNAi）和异位过表达技术对水稻中的SVP同源基因的功能进行研究，结果表明OsMADS47、OsMADS55是油菜素类内酯（BR）反应的抑制调节者，而OsMADS22在这个调节BR反应过程中起辅助OsMADS55的作用［9，17］。

SVP类基因在调节单子叶植物和双子叶植物的花发育过程方面具有很高的保守性，但是不同种SVP基因、甚至同种不同SVP类基因的作用不同，说明SVP基因既有保守性又有多样性。

3 影响SVP基因表达的因素

3.1 内因

所谓内因，就是植物内各成花相关基因的相互作用，它们形成了一个复杂的网络系统，共同调控着植物的成花过程。

3.1.1 与整合因子FT、TSF、SOC1的作用 植物成花转变是一个极其复杂的过程，涉及到大量相关基因，但最终聚集于少量的整合因子，如开花促进因子FLOERING LOCUS T（FT）、TWIN SISTER OF FT（TSF）和SUPPRESSPR OF OVEREXPRESION OF CONSTANS 1（SOC1）［24-26］。通过研究拟南芥发现35S∷SVP植株中FT、TSF和SOC1的表达量减少，但在svp-41突变体中明显提高，说明SVP基因对FT、TSF和SOC1有抑制作用；而SVP对FT和TSF

表达的抑制作用主要发生在韧皮部中，抑制SOC1的表达则在分生组织中［27，28］。最近研究发现，SVP在热感应途径中起重要的作用；当温度改变时，它通过调控FT的表达影响植物的成花过程［27］。SVP是开花转变的中心调节者，直接抑制芽顶端和叶中SOC1的表达；对agl-24-2svp-41双突变体植株进行SOC1的异位表达发现，在花发育早期SOC1通过与AP1作用（或直接抑制B和C类基因）补偿AGL24和SVP的功能缺失，而在同时期对野生型植株不发挥作用［18］。SVP在调控FT和SOC1表达时结合的区域不同，CHIP分析结果表明SVP分别结合到FT、SOC1启动子相应的vCArG和CArG1区，起到转录因子的作用［29，30］。

3.1.2 与抑制基因FLC的作用SVP功能缺失明显地抑制了FLC高表达植株FRI FLC的晚花型［31］，FLC功能缺失可以适度地恢复35S∷SVP的晚花型，这些结果表明FLC和SVP的作用不是独立的，且前者更依赖于后者。FLC和SVP均属MIKC型MADS盒转录调节蛋白［2，32，33］。在拟南芥中，通过GST融合技术、免疫沉淀法和酵母双杂交技术已经证实了FLC和SVP在体内和体外均存在相互作用［30，34，35］。通过免疫共沉淀技术研究发现，FLC与SVP可能通过结合FT基因组序列的同一位置（第一个内含子的CArG区）调控其表达，并且两者相互作用共同调节SOC1和FT的表达［30］。汤青林等［35］利用pET原核表达系统，证实了芥菜SVP和FLC在体外相互作用并能形成复合体。但是原核表达可能会因为体外表达的蛋白截短体（Truncated protamine）（或者蛋白突变体）的折叠修饰发生异常，不能很好地鉴定互作蛋白之间的结构域和作用位点。因此，第二年，他们构建了芥菜SVP和FLC酵母重组表达质粒，从真核表达水平建立芥菜SVP与FLC酵母双杂交体系，进一步证明了两个蛋白能够相互作用［36］。

3.2 外因

植物开花的过程受诸多因素的影响，其中光照（光质、光强和日照长度）和温度是最主要的外部影响因子。在长日照条件下，拟南芥svp-41突变体开花比野生型早且总叶数（轮生叶与茎生叶之和）少；相比较，在短日照条下突变体开花晚些，但仍比野生型早，说明SVP突变体具有光周期敏感性。在短日照和GA处理后的条件下，野生型植株中SVP的表达量持续减少，在GA功能缺陷突变体gal-3植株中SVP表达水平高于野生型植株，且不开花，表明GA在一定程度上可通过影响SVP的表达间接地调控开花［37］。

温度是影响植物季节开花的环境因素，拟南芥、玉米（Zea mays）等植物的开花时间在相对低温条件（16℃）下被延迟［38，39］。Lee等［27］发现拟南芥svp突变体开花早，尤其16℃条件下；而SVP过表达表现晚花，特别是23℃环境下，表明SVP过表达能模仿低温效应。在长日照条件下，fca-9和fve-3突变体表现出晚花，而svp-32 fca-9和svp-32 fve-3双突变体却延迟了开花，这证明SVP基因是FCA、FVE的下游基因；FCA和FVE基因参与热感应途径，fca-9和fve-3突变体对温度改变不敏感，而svp-32 fca-9和svp-32 fve-3双突变体仍表现出对温度改变不敏感，说明SVP在环境温度传感过程中具有一定的作用［27］。SVP与FLC形成复合物抑制开花，此复合物可能在拟南芥开花对感应温度变化的过程中起关键作用［30］。对环境温度的响应不只局限于拟南芥，大麦SVP同源基因（BM1、BM10和VRT2）的表达也因暴露于低温条件下而被快速诱导。以上表明这些位点在调节温度反应方面有一定的作用［13，27，40］。SVP蛋白与在春化反应中发挥重要作用的FLC蛋白相互作用［30］，然而SVP表达不受春化作用调节［27］，表明通过SVP调节的环境温度响应不同于春化响应。

4 展望

众多的转录因子中SVP和AGL24亲缘关系最近［20，21］，但是它们在调控整合因子SOC1时表现出相反功能［30］。可能的原因是它们的表达时间不同导致对SOC1的调控作用存在差异，在营养阶段SVP基因抑制SOC1表达，抑制作用在开花转变期间减弱，同时AGL24对SOCI表达的促进作用加强；SVP和AGL24的表达水平受到多条开花途径的影响，它们中的谁占优势，决定于两者与SOC1形成的转录复合物是否在成花过程中起主导作用。今后可通过定量PCR技术、酵母双杂交等蛋白互作技术更深入地分析SVP、AGL24和SOC1之间的关系，以便更好

地揭示AGL24和SVP具有相反功能的原因。

Gregis等［18］研究发现在花发育早期，SOC1能恢复AGL24和SVP功能缺失，可能是因为SOC1与AP1作用或SOC1直接地抑制B类和C类基因，从而阻碍了开花转变。但具体的作用机制还不清楚，需进一步研究SOC1与AP3、PI和AG基因的关系，更好地解释SOC1能恢复AGL24和SVP功能缺失的原因。Cho 等［41］发现SVP蛋白能直接结合miR172a启动子调节其转录，SVP是否可以调控其它miRNA的转录可作为将来研究的方向。

Méndez等［42］研究亚洲地区的拟南芥，发现了一个新的数量性状位点（FAQ1）是SVP，且目前只在亚洲地区的Fuk（Japanese accession Fukuyama）种源中检测到FAQ1/SVP等位基因。经测序发现Fuk与Ler（Lansberg）亲本之间的多态性位点存在差异，这些差异位点大部分位于非编码区基因组上。但在MADS区中发现一个非同义单核苷酸多态性位点（Non-synonymous single nucleotide polymorphisms），预测这个变异可能是因Ler中丙氨酸（Ala）被Fuk中缬氨酸（Val）代替导致。在物种水平上，拟南芥的早花表型应该是自然选择的方向，而SVP-Fuk-Val植株比SVP-Ler-Ala植株开花早，表明SVP-Fuk等位基因很可能起源于Fuk植株中显著的SVP开花作用，这支持自然选择则可能是通过SVP-Fuk早花型起作用的观点。但大量FRI和FLC的功能缺失等位基因的研究表明，晚花型是拟南芥的祖先，所以需进一步研究FAQ1/SVP，希望为阐述拟南芥起源与进化的关系奠定可靠的理论基础。

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（责任编辑 狄艳红）

Advance of Studies on SVP Gene in Plants

Liu Shinan1，2Lin Xinchun1
（1. The Nurturing Station for the State Key Laboratory of Subtropical Silviculture，Zhejiang Agriculture and Forestry University，Lin’an 311300；2. The Beijing Forestry University，Beijing 100083）

SHORT VEGETATIVE PHASE（SVP）is an important repressor of flowering process which is expressed at the stage of vegetative development. SVP mediates the plants’ flowering time, by which participates in the formation of meristematic tissue of flowers and regulates the expression of some flowering integrator such as FLOWERING LOCUS T（FT），SUPPRESSOR OF OVEREXPRESSION OF CONSTANS1（SOC1）or FLOWERING LOCUS C（FLC）. The expression of SVP is affected by photoperiod, temperature and other factors. In the paper, review the present research progress of the SVP gene and homologous gene were reviewed, the prospects of future research activities were clisussed.

SVP SVP homologous gene Floral transition

2013-11-20

国家自然科学基金项目（31000295，31270715），“973计划”项目（2012CB723008）

刘世男，女，博士研究生，研究方向：用材林与能源林利用；E-mail：lsn_smile8866@126.com

林新春，男，教授，研究方向：植物生物技术；E-mail：lxc@zafu.edu.cn