光周期是调控开花时间的重要外部因素，其核心机制在于生物钟调控FLOWERING LOCUS T (FT)及其上游调节因子的表达。然而，生物钟在调节棉花开花时间中的作用在很大程度上是未知的。

西北农林科技大学研究团队在frontiers in plant science发表了一篇名为“GhLUX1 and GhELF3 Are Two Components of the Circadian Clock That Regulate Flowering Time of Gossypium hirsutum”的文章揭示了GhLUX1和GhELF3是调节陆地棉开花时间的生物钟的两个组成部分。

在这项研究中，我们在棉花中克隆了两个生物钟基因GhLUX1和GhELF3. 为了检查 GhLUX1 和 GhELF3 是否充当转录因子，在酵母细胞中进行了转录激活试验。含有 pGADT7 和 pGBKT7-GhLUX1 质粒的酵母细胞可以在四重脱落培养基上正常生长，而含有 pGADT7 和 pGBKT7-GhELF3 质粒的酵母细胞不能（图 1A），表明 GhLUX1 具有转录活性，但 GhELF3 没有。GhLUX1 的进一步分割表明 GhLUX1-N（残基 1-154）具有转录活性，但 GhLUX1-C（残基 155-337）没有（图 1B）。亚细胞定位实验表明，GhLUX1-GFP 和 GhELF3-GFP 都可以被转运到本氏烟草细胞的细胞核中（图 1C）)，表明 GhLUX1 和 GhELF3 都可能在细胞核中发挥作用。

图 1. GhLUX1 和 GhELF3 的转录活性和相互作用

GhLUX1 的转录活性以及 GhLUX1 和 GhELF3 在细胞核中的相互作用表明 GhLUX1 可能会将 GhELF3 募集到靶基因的启动子以调节其转录。GhLUX1、GhELF3、GhCOL1和GhFT表现出节律性表达，并在不同光周期条件下在早花和晚花棉花品种中差异表达。

为了确定棉花开花时间是否受GhLUX1和GhELF3的调控，比较了GhLUX1、GhELF3、GhCOL1和GhFT在 LD（16 小时光照/8 小时黑暗）和 SD（8 小时光照/16 小时黑暗）中的表达模式。早花品种CCRI50和晚花品种GX11。所有四个基因在光周期条件下和在两个棉花品种中都表现出节律性表达模式（图 2）。与GX11相比，CCRI50从LD的下午到凌晨的GhLUX1和GhELF3的表达水平较低，但GhLUX1的表达水平较高SD 的下午和 SD的晚上到早上的GhELF3表达水平较高（图 2A，B），这表明GhLUX1和GhELF3可能抑制 LD 开花但促进 SD 开花。这种情况类似于LUXs和ELF3s抑制长日照植物 (LDP) 物种的开花但促进短日照植物 (SDP) 物种的开花。此外，CCRI50在LD和SD的早晨表现出较高的GhCOL1表达水平，在LD和SD的大多数时间表现出较高的GhFT表达水平（图2C，D），这与GhCOL1和GhFT促进开花的作用一致。

图2. GhLUX1，GhELF3，GhCOL1和GhFT的差异在晚花GX11和开花早CCRI50 LD和SD条件下表达。

双方表达GhLUX1和表达的GhELF3在拟南芥可能通过改变光周期开花途径中关键基因的振荡相位和振幅来延迟开花。棉花中GhLUX1 的沉默和GhELF3 的沉默都增加了GhCOL1和GhFT的表达并导致早花。综上所述，生物钟基因参与调控棉花开花时间，可作为早熟棉花品种选育的候选靶点。

文献链接：https://doi.org/10.3389/fpls.2021.691489