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春化作用是指冬性植物和二年生植物感知长时间的低温信号、完成程序性基因表达与代谢反应并引起开花的过程。人们对这一复杂生理现象已进行了近百年的研究，在遗传学和生理学上有了长足的进展。多个控制春化QTL主效基因相继被克隆，但对春化信号的感知机制并不清楚。春化信号是植物在低温条件下逐渐积累产生的。随着低温处理时间的延长，植物逐渐适应低温环境，此过程中可能涉及某些代谢小分子的改变，如UDP-GlcNAc或ATP，这些小分子通过修饰蛋白质，增加蛋白质功能多样性，使植物适应低温并起始开花转变。本实验室曾发现，春化处理引起TaGRP2的氧连氮乙酰胺基葡萄糖(O-GlcNAc)修饰发生明显的变化，O-GlcNAc修饰的TaGRP2被凝集素VER2识别，改变TaGRP2亚细胞定位，调控TaVRN1转录表达，促进冬小麦开花。 本论文深入研究了O-GlcNAc如何感知春化信号并诱发下游组分启动春化介导的开花过程的科学问题。生理生化实验结果显示O-GlcNAc的供体UDP-GlcNAc随着春化处理发生动态变化。糖基水解酶(OGA)的抑制剂PUGNAc处理小麦能够影响春化关键基因VRNs的转录表达，改变冬小麦对春化的需求。通过蛋白质修饰组学研究表明，在不同春小麦幼苗中O-GlcNAc修饰蛋白和磷酸化修饰蛋白有明显的差异，质谱分析显示大约200个O-GlcNAc修饰蛋白和124个差异磷酸化修饰蛋白得以鉴定。蛋白质功能预测分析表明春化材料中鉴定到的O-GlcNAc修饰蛋白主要参与调控胁迫响应、激素响应、代谢过程、转录翻译以及RNA剪接和表观修饰等。在这些蛋白中，共鉴定到30多个同时具有O-GlcNAc修饰和磷酸化修饰的蛋白，通过分析这些蛋白的结构和修饰位点，发现这两种修饰在这些蛋白中存在共存和竞争两种修饰关系（即阴-阳竞争关系）。这种阴-阳竞争关系可能通过调控春化关键基因VRNs的调节网络影响小麦开花启动，比如磷酸化修饰的VER2与O-GlcNAc修饰的GRP2互作调控TaVRN1的转录表达影响小麦开花。 O-GlcNAc信号在介导VER2与GRP2互作调控TaVRN1的可变剪接时，产生一个新的Ta VRN1转录剪接本TaVAS。TaVAS序列共662个碱基，包含VRN1基因的部分启动子区，第一外显子全部序列以及第一内含子critical region区的部分序列，序列中含有TaGRP2结合的RIP3基序。TaVAS受春化诱导表达，在春化中期（14天左右）表达量迅速增加。通过将构建的TaVAS超表达载体转化小麦愈伤获得TaVAS-OE T0代阳性植株，将T1代种子春化20天，观察阳性植株的表型发现超表达TaVAS能够促进春化不完全的小麦提前开花。通过分析TaVAS超表达材料中春化关键基因VRN1、VRN2和FT的转录水平发现，TaVAS能够促进TaVRN1和FT的转录，抑制TaVRN2的转录。通过多肽抗体在不同春化小麦中并未检测到TaVAS可能编码的蛋白，推测TaVAS可能作为非编码长链RNA在春化中期通过调控TaVRN1的转录表达介导冬小麦开花。 CoIP-MS与酵母双杂交实验结果显示VER2能够与莽草酸激酶SK互作，该结果经BiFC实验进一步得到验证。同时SK能够通过和糖基转移酶SEC互作，进行O-GlcNAc修饰。突变SK可能的O-GlcNAc修饰位点能够改变SK与VER2互作的位置。超表达，K能够促进春化不完全的冬小麦提前开花。因此，推测O-GlcNAc信号介导凝集素VER2、莽草酸激酶SK和糖基转移酶SEC三者的互作，影响SK的功能，进而调控春化介导冬小麦开花。 综上所述，O-GlcNAc信号通过动态修饰多个途径的关键蛋白（如动态修饰莽草酸激酶影响其功能）整合多个细胞生物学过程介导春化诱导的开花。O-GlcNAc修饰RNA结合蛋白GRP2直接介导春化基因VRN1mRNA的可变剪接，产生长链非编码RNA TaVAS调控春化作用。这是植物春化研究领域中的重要进展，解释了数十年来单子叶植物春化分子机制的困惑。本文揭示了O-GlcNAc信号调控春化介导开花的调节网络，为植物春化研究提供了新的思路。