褪黑素(：melatonin, N-乙酰-5-甲氧基色胺)是一种广泛存在于不同有机体中的含有吲哚杂环的激素,在分子结构上与生长素(IAA)相似。它的N-乙酰基和5-甲氧基官能团不仅赋予自身以两亲性,而且可以决定与受体结合的特异性。在动物体内,褪黑素参与调节昼夜节律和光周期反应,并且能够提高机体免疫力,延缓衰老过程。在植物中,褪黑素可以增强个体对逆境的抵抗能力,减轻由生物及非生物胁迫因素诱发的氧化损伤作用。已有的研究结果显示,在拟南芥中有180多个基因与开花转变和花器官形成有关。拟南芥开花时间的调控机制涉及光周期、生长年龄、春化作用、自主、环境温度和赤霉素等六条主要的信号通路,这些在不同环境条件下发挥作用的信号通路,最终通过调节相同的整合因子基因来影响开花转变过程。已经确定的整合因子有FLOWERING LOCUS T(FT),LEAFY(LFY)和 SUPPRESSOR OF OVEREXPRESSION OF CONSTANS (SOC1),它们能够合并开花信号,促使植物个体从营养生长状态转向生殖生长状态。褪黑素可能会影响植物对光周期的反应,对花器官形成有诱导效果,但是目前有关它在植物开花调节方面的功能研究仅仅处于起步阶段。本工作发现在12h光照/12 h黑暗的兼性光照下外源施加一定浓度的褪黑素可以克服光周期障碍,使拟南芥植株的开花时间提前。在不同时间从褪黑素处理和未处理植株取样,提取RNA进行定量PCR分析(quantitative RT-PCR, qRT-PCR),结果显示外施褪黑素能够上调API、CCA1、CO、FT、FD、FLC、FRI, FUL、LYF、LHY、PRR7、SOC1、 SPL4、SVP、TOC1和TSF基因,抑制GI基因,但PHYB基因的表达水平基本没有变化。CO在处理1h左右时就能响应褪黑素诱导,表达量上升,在48小时达到峰值。在随后的数个小时内,CO的下游基因FT、TSF、FD、SOC1、LFY和AP1的转录水平均明显增加。CO上游的四个生物钟控制基因CCA1、LHY、TOC1、PRR7在褪黑素处理后表达量依次上升,它们的上调具有先后顺序。TOC1基因在处理12小时后表达出现峰值,CCA1和LHY在24小时后转录水平最高,PRR7在48小时后被充分诱导。在达到峰值以后,CCA1、LHY、TOC1和PRR7基因的表达水平都会下降,说明后面的基因对前面的基因具有反馈抑制作用。生物钟基因转录水平的增加能够促进CO表达。PHYB编码感受红光的光敏色素,该基因在外源褪黑素处理后表达量并没有明显变化,它的转录不受褪黑素诱导。GI可以间接促进CO基因,在褪黑素处理0.5 h以后它的表达一直处于下调状态,所以褪黑素对CO基因的激活效果可能与GI基因无关。这些结果说明外源褪黑素处理能够影响拟南芥开花转变的光周期途径,褪黑素可能首先作用于位于CO上游的生物钟基因,通过上调生物钟基因促进CO的表达,最终使开花时间提前。在拟南芥开花基因调控网络中,ET、SOC1、LFY编码开花信号的整合因子,它们会受到上游基因的影响,可以汇集来自多条开花途径的调控信号。外源褪黑素处理后,FT、SOC1、LFY的转录水平会明显增加,这三个基因可以调节多个下游基因,促进开花过程。SVP、FRI, FLC基因编码三个主要的开花抑制蛋白,外源褪黑素处理也会增加它们的表达水平,这几个基因可能对FT、SOCl具有反馈调节作用,使拟南芥在完成开花转变之后能够顺利进入下一个发育阶段。SPL4基因在褪黑素处理后表达量也会上升,说明褪黑素对开花诱导的生长年龄途径也有影响。AP1在花序和花器官形成过程中都有功能,褪黑素对它的上调作用说明除了开花时间,褪黑素还有可能参与调节花器官的发生过程。