aBIOTECH | 北京大学现代农业研究院刘晓芹团队揭示花生叶片昼开夜合的分子调控机制

花生叶片白天舒展、夜间闭合，这种随昼夜变化发生的感夜运动，是植物协调环境信号与生理活动的直观体现。叶片开合主要依靠叶枕运动细胞的膨压变化，而生物钟则为植物感知和响应昼夜节律提供内部时间信息。然而，光照与生物钟信号如何传递至物质运输相关基因，并进一步参与叶片运动，仍有待深入解析。

近日，北京大学现代农业研究院与刘晓芹团队在aBIOTECH 发表了题为“Photoperiod-entrained circadian regulation of downstream transporter networks mediates nyctinastic leaf movement in peanut”的研究论文。结合不同光照条件下的表型观察、时间序列转录组分析及分子实验，鉴定出连接时钟因子CCA1、MYB转录因子与糖、水运输相关基因的调控关系，提出了光信号与生物钟参与叶片运动的工作模型。该研究为理解植物如何将昼夜时间信息与器官运动相联系提供了新的分子线索。

为了明确光暗周期对花生叶片运动的影响，研究人员比较了正常光暗交替与连续光照条件下的叶片开合状态。在每天16小时光照、8小时黑暗的条件下，叶片于21:30关灯后逐渐闭合，至23:00完全合拢；次日5:30开灯后逐步展开，约7:00恢复舒展。连续光照下，典型的开合运动受到抑制，叶片基本保持展开，仅表现出轻微的上下运动（图1）。这一结果表明，在本研究条件下，正常光暗周期对维持花生叶片开合具有重要作用。

为进一步追踪叶片运动背后的时间信号，研究人员在一天内的14个时间点采样，对蔓生型与直立型花生开展基因表达分析。正常光暗周期下，LHY/CCA1等时钟相关基因主要在清晨表达，部分PRR基因在下午达到表达高峰，TOC1等则在傍晚或夜间活跃，呈现出有序的时间表达特征。连续光照下，部分时钟相关基因的表达波动减弱，但早晚表达的先后次序仍大体保留，提示可见的叶片运动受到抑制，并不意味着所有分子时间信号均已消失。

在此基础上，作者从表达变化与光信号及生物钟相关基因相近的候选基因中，筛选出SWEET糖转运蛋白和PIP类水通道蛋白相关基因。两类蛋白分别与糖运输和水分跨膜流动有关，为连接时间信号与叶枕膨压变化提供了潜在切入点。为检验候选基因之间是否存在转录调控关系，作者进一步采用酵母单杂交和双荧光素酶报告实验，分析相关转录因子与候选基因启动子的相互作用及其对启动子活性的影响。

研究发现，时钟蛋白CCA1能够识别部分SWEET和MYB基因启动子中的EE元件。电泳迁移率变动分析（EMSA）进一步显示，加入CCA1后，含正常EE序列的DNA探针形成迁移较慢的蛋白–DNA复合物；改变EE序列或加入过量未标记竞争探针后，结合信号减弱（图2）。这些结果支持CCA1与相应启动子片段的序列特异性结合，为生物钟因子直接连接下游调控网络提供了分子证据。

双荧光素酶报告实验还显示，CCA1和部分MYB因子能够提高被测PIP水通道蛋白基因启动子的活性，进一步支持时钟因子、转录因子与运输相关基因之间的调控联系。组织表达分析表明，被检测的两个PIP基因主要在复叶叶枕中表达，一个MYB基因在复叶及小叶叶枕中较为富集，而两个SWEET候选基因更偏向叶片表达。这些空间分布特征提示，相关调控网络可能涉及叶片与叶枕之间的协同。

基于上述结果，作者提出了光信号与生物钟参与花生叶片运动的工作模型（图3）：CCA1及相关MYB因子连接SWEET糖转运蛋白和水通道蛋白基因的转录调控，后者可能通过影响糖的分布、水分运输及细胞膨压，参与叶片开合。该模型将上游时间信号与下游运输过程联系起来；其中，部分转录调控关系已获得实验支持，而糖、水运输及膨压变化如何实际驱动叶片运动，仍需进一步功能验证。

该研究从表型、时间表达模式和分子调控关系等层面，为理解花生叶片昼开夜合提供了相互衔接的证据。其中，CCA1与候选下游基因启动子的直接结合，以及CCA1和MYB因子对水通道蛋白基因启动子活性的调节，为解析植物时间信号如何传递至运输相关过程提供了具体研究靶点。这些发现也为进一步探索叶片姿态调节与水分利用、环境适应之间的关系奠定了研究基础。

该研究得到了山东省重点研发计划（2025LZGC051、2024LZGC035 和 2025LZGC020）、山东省泰山学者工程、潍坊市科技发展计划（2024JZ001）以及山东省自然科学基金（ZR202103010405）的资助。北京大学现代农业研究院崔媛媛博士、刘晓玉和郭昊松为共同第一作者。北京大学现代农业研究院刘晓芹研究员为本文通讯作者。

引用本文：

Cui Y, Guo H, Liu X, Ding S, Liu X. Photoperiod-entrained circadian regulation of downstream transporter networks mediates nyctinastic leaf movement in peanut. aBIOTECH 2026:100089.

aBIOTECH已于2026年1月正式转至Elsevier以金色OA模式出版，最新投稿地址：

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