季節性生長對于生長在北方及溫帶地區的多年生樹木的生存至關重要。短日照（Short days）是觸發樹木生長停止的關鍵環境信號，而生物鐘作為一種內部計時器，負責協調生理過程與環境周期的同步。已有研究表明，在短日照條件下，晚間復合體（Evening Complex, EC）的組分EARLY FLOWERING 3（ELF3）參與調控楊樹的生長停止，但其具體分子機制尚不明確。

近日，西南大學羅克明教授與魏洪彬副教授團隊在Cell Press旗下期刊Cell Reports發表了題為An antagonistic loop between the evening complex and GI-FKF1 shapes photoperiodic growth in Populus的研究論文，揭示了楊樹中一個由晚間復合體（ELF3.1-LUX）和長日照核心模塊GI-FKF1 構成的拮抗反饋回路，該調控通路確保了光周期對樹木季節性生長停止的精確調控。EC組分（如ELF3.1和LUX1/2）的功能解析為培育光周期不敏感的速生林木提供了明確的基因編輯靶點。

晚間復合體（ELF3.1-LUX）是短日照誘導楊樹生長停止的核心調控模塊

蛋白互作實驗證實，ELF3.1/ELF3.2均能與LUX1/LUX2（楊樹LUX ARRHYTHMO同源蛋白）在細胞核內互作，共同形成EC復合體。在長日照（LD）條件下，ELF3.1表達峰值出現在ZT16，LUX1/2峰值出現在ZT10；而短日照能誘導二者的表達峰提前。通過構建elf3.1、elf3.2、elf3.1/3.2、lux1、lux1/2等多種敲除突變體，研究者分析了ELF3-LUX在季節性生長中的生物學功能。結果表明，在短日照條件下，elf3.1、elf3.1/3.2及lux1/2突變體對SD不敏感，而lux1單突表現出生長停止延遲的現象。田間試驗進一步驗證了這一表型，elf3.1、elf3.1/3.2及lux1/2突變體在秋冬季出現不落葉的“常綠”表型，證明ELF3.1-LUX是光周期信號調控毛白楊季節性生長的關鍵因子（圖1）。

圖1. ELF3.1 與 LUX1/2 對于短日照誘導的楊樹生長停止至關重要

EC直接抑制生長促進因子FT2及其上游調控因子GI/GIL和FKF1a/b

在短日照條件下， elf3.1及lux1/2突變體葉中FT2、GI、GIL、FKF1a和FKF1b表達水平升高，這與突變體在短日照下維持生長的表型一致。通過EMSA、ChIP-qPCR 和雙熒光素酶實驗，研究者證實LUX1/2直接結合FT2、GI、GIL、FKF1a和FKF1b啟動子中的LUX結合位點（LBS）或LBS-like基序，從而在轉錄水平直接抑制這些基因的表達。ELF3.1與LUX1/2發生物理互作，增強了對下游基因的抑制作用。

GI/GIL-FKF1復合體與ELF3.1-LUX物理互作，拮抗EC對FT2的抑制

通過Y2H、LCI和Co-IP實驗，研究者驗證了GIL和FKF1b能與EC組分（ELF3.1、LUX1、LUX2）相互作用。GIL-FKF1可降低EC蛋白的穩定性，并抑制LUX1/2與FT2啟動子的結合，從而削弱EC對FT2的轉錄抑制，促進生長。這形成了一個轉錄-翻譯反饋環路：EC抑制GIL-FKF1的表達，而GIL-FKF1蛋白反過來拮抗EC的功能。

遺傳上GI/GIL位于EC下游

為進一步闡明GI/GIL與ELF3、LUX1的遺傳關系，研究者在elf3.1/3.2和lux1突變體背景下敲除GI/GIL。所得的多突變體材料（gi/gil >> elf3.1/3.2和gi/gil >> lux1）表現出與gi/gil突變體相似的表型，即在長日照條件下發生生長停止，同時葉片中FT2表達量顯著降低，頂芽中LAP1和AIL1表達水平也下降。該結果表明，在遺傳上GI/GIL-FT2調控模塊位于ELF3-LUX1下游，介導光周期對毛白楊季節性生長的精確調控（圖2）。

圖2. GI/GIL作用于EC的下游以及本研究的調控模式圖

綜上，該研究確立了楊樹中生物鐘傍晚復合體（EC）作為短日照信號中樞的核心地位，并揭示其與GI-FKF1模塊形成拮抗調控環路，共同控制光周期誘導的生長停止。在短日照條件下，EC直接抑制GI/GIL、FKF1a/b及FT2的表達，從而促進生長停止。相反，GI-FKF1復合體則通過削弱EC的轉錄抑制活性來拮抗其功能。這一相互調控回路賦予樹木精確感知光周期的能力，并確保其季節性生長的適應性。從應用角度看，對EC組分進行工程化改造為培育光周期不敏感的樹種提供了有前景的策略。其中elf3和lux突變體在短日照條件下延長營養生長期，可作為優異種質資源，用于選育適應不同緯度種植的生物能源林或用材林。

西南大學生命科學學院博士生劉華杰和李捷瓊為該論文共同第一作者。西南大學魏洪彬副教授和羅克明教授為共同通訊作者。西南科技大學生命科學與工程學院高永峰副教授對本研究提供大力支持。該研究得到了國家重點研發計劃子課題、國家自然科學基金面上項目新重慶青年創新人才項目的資助以及西部（重慶）科學城種質創制大科學中心的大力支持。

論文鏈接：

https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(26)00563-2