拟南芥中通过开花时间决定基因SOC1和其上游负调节基因
FLC介导低温响应和开花之间的相互关系
在适当的时间开花是植物成功繁殖的重要因素，因此，开花由复杂的遗传网络所调控这一事实就显得不足为奇。这个遗传网络由内源信号和环境因素所协调调控。拟南芥决定开花时间的基因SOC1编码MADS box转录因子，而且是关键的开花激活子之一，他和多个开花诱导途径相互作用，即与光周期途径，春化途径，自组织途径，以及赤霉素依赖途径相互作用。为了阐明SOC1基因的下游靶基因，作者采用了微阵列分析，分析显示soc1-2敲出突变增加了低温响应基因CBF和CBF下游基因COR的表达，而SOC1过表达降低了低温响应基因CBF和CBF下游基因COR的表达，这表明SOC1负调节低温响应基因的表达。相反的，低温诱导基因CBFs的过表达增加FLC的表达从而导致低温开花延迟。FLC是SOC1上游的一个负调节子。作者的实验证明在低温响应和开花决定调节基因之间存在反馈环;当春寒在瞬间到来时这个反馈环通过增加FLC的表达来延迟开花时间，而当早春的时候通过SOC1抑制低温响应基因的表达抑制低温响应从而使得开花诱导的发生。
前言
开花是植物从营养生长到生殖生长的过度，在植物的生长周期中是最大的改变。为了使繁殖成功率达到最大。植物通过进化形成了错综复杂的机制响应环境因子（如光和温度）和反应植物发育阶段和年龄的内源信号来确定开花时间。同时开花时间由各种非生物胁迫所调节，例如，营养缺陷，热和冷。对拟南芥大量的遗传学和生理学分析研究表明开花诱导至少由四个主要遗传途径所调节，即光周期途径、春化途径、自主途径和GA途径。这四个途径通常调节所谓的开花途径中的FT, SUPPRESSOR OF OVEREXPRESSION OF CO1 (SOC1), 和LEAFY (LFY)，确切的开花时间由这些基因表达水平所决定的。两个中心上游调节子负调节这些基因：CONSTANS (CO)是编码锌指蛋白的基因，FLOWERING LOCUS C (FLC)，是编码MADS盒转录因子的基因。CO调节光周期途径，是一个正的调节子。而FLC调节春化途径/自主途径，是一个负调节子。
除了四个主要途径，开花和其他的机制相互协调。例如:开花时间由环境温
度所调节，低温推迟植物开花，而高温加速植物开花。在拟南芥中，通过FCA, FVE, 和 SHORT VEGETATIVE PHASE(SVP)基因感受环境低温，在开花期fca, fve, 和
svp突变对环境低温表现出不敏感。FCA和FVE是自主调节途径中的两个基因，其功能是抑制FLC的表达，SVP是一个开花抑制子，和FLC形成开花抑制复合物。 所谓的热感受途径最终调节FT的表达。类似的，通过增加FT的表达环境高温加速开花。但是，FLC抑制这种作用，且由FLC同系物FLOWERING LOCUSM(FLM)所调节。
间歇的低温处理，在一天中短期的低温处理，也延迟植物的开花，由FVE所介导，fve突变，显示出通过增加FLC的表达延迟植物开花，没有低温处理的情况下表现出COR过表达。另外，他显示出低温耐受而且开花时间没有被间歇低温所延迟。表明FVE是开花时间和低温响应间的遗传连接。
低温诱导许多编码植物耐受低温的基因的表达。如COR基因在它们的启动子中有一个C-repeat/dehydration response elements (CRT/DRE)。在拟南芥中CBF是低温响应途径中的关键调节因子，据报道CBF1, CBF2,和CBF3基因的过表达导致植物开花延迟和矮化的现象，同时和植物的低温耐受有关，例如增加Pro 和sugar的含量以及COR基因的转录激活。ICE1正调节CBFs基因。ICE1编码MYC类basic helix-loop-helix转录因子。但是他们被HOS1所负调节。HOS1编码RING指蛋白，很可能作为E3泛素连接酶。
尽管开花途径中SOC1基因的调节已经有了相当深入的研究，但是SOC1下游的基因的研究仍旧不太清楚。为了说明编码MADSbox转录因子的开花基因SOC1下游靶基因，作者采用了利用过表达和突变的微阵列实验。这里，作者报道说开花激活基因SOC1在低温响应过程中通过直接对CBF基因的抑制起着负调节的作用。相反的，CBFs的过表达增加了FLC表达水平。总之，作者的实验结果表明SOC1和FLC是低温响应和开花时间调节间相互交谈的关键因子。SOC1,cold response genes,和FLC构成的反馈环可以阻止植物在秋天和早春的低温条件下开花提前，从而成为一个进化优势。 结果
SOC1负调节低温诱导基因
为了检测由SOC1基因调节的全部基因，作者采用了用Affymetrix
ATH1GeneChip技术进行微阵列分析作为一个初步的筛选。作者从在长日照条件下处理7天后的过表达等位基因 soc1-101D，一个无效等位基因soc1-2，和野生型(Col)植株中提取RNA。样品采用7天大的苗是因为所有的基因包括早期开花基因soc1-101D在这个时期的营养期，这由APETALA1表达的缺失所决定的。有趣的是：SOC1负调节的20个基因中的六个是众所周知的低温诱导基因。 为了确定是否SOC1的功能缺失和功能突变影响低温诱导基因的表达，作者用RNA凝胶印迹法在soc1-2 和 soc1-101D中进行了一系列基因的表达分析。如图所示：在22度的长日照条件下，四个低温诱导基因COR15a, COR15b, KIN1,和KIN2,在soc1-2中表现出表达的增加，在soc1-101D中表现出表达的降低。因为低温响应基因受昼夜节律所控制，因此作者检测了COR15a的昼夜节律表达作为一个代表性的低温诱导基因。它在黎明后的12H有一个表达峰且在夜晚表达量降到最小。在这个昼夜循环中与野生型相比soc1-2表现出更高的表达量，而soc1101D显示出更低的表达量，尽管在12h峰处观察到最大的不同。这个结果告诉我们SOC1负调节低温诱导基因的表达不被昼夜节律所影响，尽管振幅改变了。下面，作者想知道是否SOC1影响低温诱导基因的诱导动力学。作者黎明后立即用4度低温处理，因为在自然界中黎明的温度是一天中最低的，如图1C所示：与野生型相比，soc1-2对COR15a的诱导表现的更强壮，soc1-101D对COR15a的诱导显得更弱一些，这个结果强烈的表明SOC1减弱植物响应低温时COR的表达。
SOC1直接抑制CBF基因的表达
大多数COR基因在它们的启动子区都有低温和脱水响应DNA调节元件称作CRT/DRE，COR基因的表达由CBF基因家族调节CRT/DRE元件介导。为了确定是否SOC1对COR基因的负调节是通过CBF所介导的，作者比较了野生型, soc1-2,和soc1-101D中CBF1, CBF2,和CBF3基因的表达情况。soc1-2中CBFs的表达量增加了而在soc1-101D中CBFs的表达量降低了。作者同时对三种基因型的植株的CBF3一天中节律调控表达进行了比对。CBF3的表达在黎明后的8H时间出表现出表达高峰，它在COR15a表达高峰前4个小时时出现。与COR15a类似的是，在日循环中CBF3在soc1-2中的表达量增加了，而在soc1-101D中的表达量降低了。另外，植物在响应低温处理时在soc1-2中的CBF3 基因的表达比野生型的
高，而在soc1-101D中CBF3 基因的表达比野生型的低，尤其是低温处理两小时后。因此，在soc1-2植株中各种COR基因表达量的增加可能是增强CBFs表达的结果。
在低温响应途径中，ICE1和HOS1分别是CBF家族上游的正调节基因和负调节基因。为了确定是否SOC1基因调节ICE1和HOS1的转录水平，通过RNA琼脂糖电泳分析检测了ICE1和HOS1的表达情况。与野生型植株相比在soc1-2 或soc1-101D植株中ICE1和 HOS1的表达并没有发生改变。另外，ZAT12，CBF1和CBF2上游的一个负调节子也被低温处理所诱导，但是也不受soc1-101D 或 soc1-2基因所影响。因此，这些结果表明SOC1通过抑制CBF基因的表达抑制低温响应途径。
据报道，SOC1是MADS box转录因子，它和LFY启动子中的CArG box的可变区相结合。启动子分析显示三个CBF基因在远端区和近端区有两个CArG boxes的可变区。因次作者想知道是否SOC1直接与CBF基因的启动子结合。LFY启动子的两个区域用做为染色质免疫沉淀实验的正对照和负对照。ProLFY-1，LFY启动子的远端区域，与soc1-2相比soc1-101D植株中高度富含ProLFY-1，而LFY启动子的近端区域ProLFY-4在 soc1-101D植株中没有富含。有趣的是，ChIP分析显示在CBF启动子中所有的CArG-box区被SOC1过表达所富集。这个结果表明SOC1通过直接抑制CBFs的转录负调节低温响应。
CBF基因激活FLC的表达
已报道CBF基因的过表达造成植物开花延迟，但是并没有阐明原因。因为FLC是拟南芥中开花途径中的中心抑制子，作者检测到CBF 基因的过表达增加了FLC的表达。的确，FLC的表达在35S-CBF1, 35S-CBF2, 和5S-CBF3植株中增加了接近两倍。作者同时检测了SVP的表达，编码另一个MADS box转录因子的开花抑制子。因为SVP介导环境低温延迟植物开花且和FLC相互作用形成开花抑制复合体。与FLC相反的，CBF过表达不影响SVP的表达。FLM，是包含在FLC进化树中的基因，在温暖的温度条件下抑制开花合调节花期。FLM的表达不被CBF基因过表达所影响，这与SVP相似。
为了解释是否在35S-CBF1, 35S-CBF2,和35S -CBF3植株中开花的延迟是FLC
表达增加所导致的，这些品系已被春化来抑制FLC的表达。在40天的春化处理后，FLC表达强烈的被抑制。与这个相关的是，35S-CBF1,35S-CBF2,和 35S-CBF3开花延迟的现象也被抑制。这表明CBF过表达植株开花延迟的现象是由FLC表达增加所造成的。
间歇低温处理通过激活FLC基因延迟植物的开花
据报道间歇低温处理通过上调FLC基因延迟植物的开花。作者进一步分析了间歇低温处理对开花的调节。，每天从黎明开始6H的4度低温处理。首先，作者检测了间歇低温处理对COR15a 和 CBF3基因日节律的影响。在没有低温的情况下，COR15a基因在；黎明后12H的时间达到表达高峰，在黄昏的时候极大的减少，但是在间歇低温处理的情况下，COR15a在黎明后6h的时间点有更高的表达高峰。随后在黎明后的12h时间点其表达量极大的减少。CBF3的表达在低温处理情况下其表达量也有所增加。表达峰在黎明后的6h时间点，然后在8H时间点极大的降低。我们的结果表明间歇的低温处理造成COR和 CBF基因的表达量在早晨大量增加。
接下来，我们解释需要多少天的间歇低温处理来延迟开花。结果表明10天的低温处理轻微的延迟了开花时间，20天时间的低温处理进一步延迟了开花时间，表明开花时间的延迟与低温处理的天数是成比例的。与这个符合一致的是，FLC的表达的增加量与低温处理的天数也是成比例的。相反的，SVP的表达在间歇的低温处理条件下没有发生改变。这与SVP的表达在35S-CBF株系中的表达没有受到影响是一致的。
如果间歇低温处理使开花时间的延迟是由FLC表达量的增加，那么?c的开花时间不会因间歇低温处理而延迟。的确，?c株系在间歇低温处理或是不在间歇低温处理的情况下显示一样的开花时间，有趣的是，svp对间歇低温同样没有响应。尽管SVP的表达不受低温处理影响。这可能是因为SVP与FLC一起形成了开花抑制复合物。soc1-101D突变之中CBFs的表达受到强烈抑制，也显示出对间歇低温处理的不敏感。总之，结果表明间歇低温处理通过FLC的活性延迟开花。FLC的活性由CBFs基因所诱导。