类型a：学术研究报告

作者及机构
本研究由Reynel Urrea-Castellanos、Maria J. Calderan-Rodrigues（现任职于巴西圣保罗大学“Luiz de Queiroz”农业高级学院）、Anthony Artins、Magdalena Musialak-Lange、Appanna Macharanda-Ganesh、Alisdair R. Fernie、Vanessa Wahl（英国詹姆斯·赫顿研究所）和Camila Caldana（通讯作者，马克斯·普朗克分子植物生理学研究所）共同完成。论文发表于2025年2月3日的《PNAS》（Proceedings of the National Academy of Sciences）期刊，标题为《The regulatory-associated protein of target of rapamycin 1b (RAPTOR 1B) interconnects with the photoperiod pathway to promote flowering in Arabidopsis》。

学术背景
本研究属于植物生物学领域，聚焦于拟南芥（*Arabidopsis thaliana*）的开花时间调控机制。开花时间是决定植物繁殖成功的关键因素，尤其对一年生植物而言，其需要精确感知光周期（photoperiod）和内部节律以协调开花。尽管光周期途径中光信号与生物钟整合的分子机制已被广泛研究（如CONSTANS（CO）和FLOWERING LOCUS T（FT）的作用），但营养资源可用性如何通过代谢信号调控开花的通路仍不清楚。

研究团队假设，雷帕霉素靶蛋白（Target of Rapamycin, TOR）激酶通路可能参与这一过程。TOR是真核生物中保守的营养感知与生长调控核心因子，其复合物（TORC）包含RAPTOR（Regulatory-associated protein of TOR）等组分。此前研究发现，*raptor1b*突变体表现出开花延迟，但其具体机制尚未阐明。本研究旨在揭示RAPTOR1B如何通过光周期途径调控开花时间，重点关注其与GIGANTEA（GI）和CO的相互作用。

研究流程
1. 表型分析
- 研究对象：拟南芥野生型（Col-0）和两个*raptor1b*突变体（*raptor1b-1*和*raptor1b-2*）。
- 实验设计：在长日照（LD）和短日照（SD）条件下比较开花时间（抽薹天数及叶片数），并通过显微切片观察茎尖分生组织（SAM）的形态变化。
- 关键方法：使用石蜡切片和RNA原位杂交检测开花标记基因*SUPPRESSOR OF OVEREXPRESSION OF CO1 (SOC1)*的表达。

1. 基因表达分析

   • 目标基因：通过RT-qPCR检测开花相关基因（如*FT*、*SPL3/4/5*、*CO*和*GI*）的表达动态。
     
   • 时间点：在SD到LD转换后的第0、3、5、7天取样，并分析昼夜节律表达模式。
     

2. 蛋白质水平检测

   • Western blot：分析CO和GI蛋白的积累，发现*raptor1b*突变体中CO蛋白在黄昏时减少，且GI蛋白水平显著降低。
     
   • 抑制剂实验：使用蛋白酶体抑制剂MG132处理，证明CO蛋白在突变体中降解加速。
     

3. 蛋白互作与定位

   • 酵母双杂交（Y2H）：证实RAPTOR1B与GI直接互作，但与CO、FKF1或ZTL无互作。
     
   • 共免疫沉淀（Co-IP）：在烟草中瞬时表达6xMyc-RAPTOR1B和GI-3xHA，验证两者在植物体内的相互作用。
     
   • 亚细胞定位：通过荧光标记显示RAPTOR1B与GI在细胞核内共定位。
     

4. 遗传互补实验

   • 转基因回补：在*raptor1b-1*中过表达*GI-TAP*或*HA-CO*，发现*HA-CO*可完全恢复开花表型，而*GI-TAP*仅部分恢复，表明GI通过CO发挥作用。
     

主要结果
1. 表型数据：*raptor1b*突变体在LD下开花延迟11天，叶片数增加8片，但SD下无差异，排除发育延迟的干扰。
2. 分子机制：
- 转录水平：*CO*和*GI*的mRNA表达未受突变影响，但CO蛋白在黄昏积累减少。
- 蛋白稳定性：GI蛋白水平在突变体中降低，且其降解速率加快，暗示RAPTOR1B通过调控GI稳定性间接影响CO。
3. 通路定位：遗传分析表明RAPTOR1B作用于GI和CO的上游，而TOR抑制剂AZD-8055同样抑制GI蛋白积累，支持TORC通路的参与。

结论与意义
本研究首次揭示了RAPTOR1B通过调控GI蛋白稳定性，进而影响CO的积累和光周期开花途径的分子机制。这一发现将营养感知（TOR通路）与光信号（GI-CO模块）联系起来，为理解植物如何整合环境与代谢信号以优化繁殖时机提供了新视角。科学价值在于阐明了TORC在发育过渡中的非经典功能，应用潜力包括通过调控RAPTOR1B-GI-CO轴改良作物开花时间以适应气候变化。

研究亮点
1. 创新发现：首次证明RAPTOR1B通过翻译后调控GI影响CO蛋白稳定性，填补了营养信号与光周期开花途径的空白。
2. 方法学：结合遗传学（阶段生长实验排除发育延迟干扰）、生化（蛋白互作与降解分析）和细胞生物学（亚细胞共定位）多维度验证。
3. 进化意义：GI和TOR通路在动植物中均保守，提示光周期与营养协同调控繁殖的普遍性。

其他价值
论文还探讨了TORC可能通过糖信号（如蔗糖）调控GI稳定性的假说，为后续研究碳代谢与开花的交叉调控提供了方向。补充数据包括突变体回补株系的分子表型（如*GI-TAP*蛋白水平检测），进一步支持结论的可靠性。