短光周期诱导蓝莓花芽分化并涉及碳水化合物代谢和VcCO3基因调控

[目的]花的诱导对多年生木本植物至关重要，并受环境因素的影响。在温室中生长的蓝莓的花芽在秋季和春季都会形成，为了阐明温室蓝莓花芽诱导的调控机制，特别是春秋两季花芽分化的异同，并充分利用蓝莓春季形成花芽。[方法]以温室中生长的蓝莓为研究对象，分析了温室中花芽分化的表型特征，并研究了蓝莓花芽形成诱导过程中光周期和温度变化之间的关系。之后对春秋两季花芽诱导关键阶段的转录组进行了分析。此外，我们还构建了一个调控网络，以突出与碳水化合物代谢相关的关键基因和代谢产物。并且我们全面研究了与昼夜节律相关的转录因子 VcCO3在不同光周期条件下的结构和功能特征。[结果]通过春季和秋季两次成花诱导过程的转录组分析表明，在春季，与DNA复制、植物昼夜节律以及淀粉和蔗糖代谢有关的代谢途径显著上调。相比之下，与氮代谢和植物激素信号转导相关的代谢途径在秋季出现上调。此外，春秋两季的核心代谢途径也存在差异。秋季涉及的代谢途径主要是苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸和一些次生代谢产物的生物合成，而春季主要是淀粉和蔗糖代谢、脂肪酸合成和内质网蛋白质加工。碳水化合物代谢的调节在不同季节也有所不同，秋季主要是蔗糖水解，春季则是蔗糖向淀粉的转化。昼夜节律和光合作用相互调节，可能有助于利用糖类促进花芽发育。进一步的研究强调了 CO-FT 在蓝莓花芽形成过程中的核心作用。亚细胞定位显示VcCO3基因主要定位于细胞核中，通过对蓝莓花芽分化过程进行长短日照处理，发现VcCO3基因响应日长变化。此外，通过蓝莓中的瞬时表达和异源转化发现VcCO3能刺激下游基因 VcFT、VcLFY、VcAP3 和 VcSOC1 的表达，这些基因参与蓝莓的成花诱导，并响应短光周期。同时，VcCO3表现出与糖代谢基因 VcSUS的密切联系，可以促进蔗糖水平的提高。[结论]本研究揭示了短光周期对蓝莓花诱导过程的显著影响，在春季和秋季之间观察到了不同的花诱导代谢途径。VcCO3对短日光周期的反应灵敏，有效地促进了花的诱导，并与 VcSUS密切相关，从而增加了蔗糖的积累。