植物将日长（光周期）视为一个可靠的季节性指标，使其能够调节重要的发育和生理过程，如花转移、块茎化、植物形态形成、气孔开放、初级代谢和生物/非生物胁迫反应。开花过渡是植物发育的关键节点，在此期间，生殖生长在特定条件下开始。根据开花的光周期，植物可分为长日（LD）、短日（SD）或中性日植物。光周期敏感作物以季节性的方式在特定纬度范围内生长，从而充分利用生长条件以最大化产量。除开花外，一些研究报告称，光周期还调节种子作物大豆开花后的生殖发育。然而，光周期信号如何影响种子发育的机制仍不清楚。种子发育受控制种子性状（如大小和重量）的复杂信号通路调控，这些性状与种子作物的繁殖成功和产量密切相关。了解光周期如何影响种子性状的分子机制将为调控种子发育的复杂网络提供重要见解，并改善作物的分子育种。
高等植物的种子由胚和胚乳组成，胚乳被种皮包围。拟南芥的种子发育始于胚乳和珠被的快速生长，导致形成大的种子腔，随后胚乳退化和胚胎膨胀。种子腔的体积在空间上限制了胚胎的生长，是最终种子大小的关键决定因素。胚和胚乳分别来自受精卵细胞和受精极核，而种皮则来自孢子体珠被。因此，种子生长受到母体组织和合子组织的协调调节，最终决定种子大小。最近的研究确定了通过母体组织控制种子大小的几种信号通路，包括泛素蛋白酶体通路、G蛋白信号通路、丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）信号通路、植物激素感知和同源性以及转录调节器。转录调节因子，APETALA 2（AP2）是APETALA 2/乙烯反应元件结合蛋白（AP2/EREBP）类转录因子的一个成员，最初通过其在花分生组织鉴定中的作用被鉴定；然而，目前已知它还通过调节胚珠和种皮发育来控制种子质量。AP2功能的丧失导致大种子具有细长的种皮表皮细胞。然而，所有这些调控因素都作为内部遗传网络的一部分发挥作用，并且已知种子大小是通过一个综合了多种发育和环境信号的复杂网络来确定的。然而，外界环境因素（如温度和光周期）如何影响种子发育仍不清楚。
花期过渡的适当时机对植物的繁殖成功至关重要。CONSTANS（CO）作为中央调节因子，将各种外部和内部信号整合到拟南芥的光周期开花途径中，拟南芥是一种LD植物。CO通过激活成花基因FLOWERING LOCUS T（FT）及其近同源物TWIN SISTER of FT（TSF）的转录，诱导LDs下的花转变，并通过调节TERMINAL FLOWER 1（TFL1）的表达，抑制SDs下的花转变。相反，抽穗期1（Hd1）是水稻中的CO同源物，是一种SD植物，通常通过上调和下调（Hd3a）/水稻开花位点T1（RFT1）的表达来促进SD下的抽穗，但延迟LD下的抽穗。在大豆（也是SD植物）中，GmCOL1a和GmCOL1b通过诱导GmFT2a和GmFT5a的表达作为SD下开花的启动子，但通过降低这些基因的转录水平作为LD下开花的抑制子。
2023年2月6日，中国科学院华南植物园胡一龙/侯兴亮研究团队在Nature Plants发表了题为“Photoperiod controls plant seed size in a CONSTANS-dependent manner”的论文，揭示了光周期调控植物种子大小的普遍性规律。
在这里，我们证明了光周期在种子发育中起着重要作用。我们发现，长日（LD）和短日（SD）植物分别在LD和SD条件下产生较大的种子；然而，当光周期反应途径的中心调控基因CONSTANS（CO）在拟南芥和大豆中发生突变时，种子大小保持不变。我们进一步发现，在拟南芥的LD条件和大豆的SD条件下，CO直接抑制AP2（一种已知的种子发育调控基因）的转录，从而以光周期依赖的方式控制种子大小，并且这些效应通过调节种皮表皮细胞的增殖来发挥。总之，我们的发现揭示了一个涉及CO-AP2的关键调控级联调节植物中光周期介导的种子发育，并为具有不同光周期反应类型的植物如何感知季节变化提供了新的见解，使其能够优化其生殖生长。
基于这些结果，该研究揭示了光周期对种子发育的直接调控作用，并阐明了CO-AP2在该过程中的核心功能。这一发现将加深人们对具有不同光周期特性的植物如何感知季节变化以优化其生殖生长的理解，为环境因子直接影响种子发育的机理提供新的见解和依据。此外，种子大小是影响作物产量高低和品质优劣的重要农艺性状，该研究可为作物在不同纬度的区域性种植提供重要的理论指导。
中国科学院华南植物园的余斌博士、何雪梅硕士和广州大学的汤杨博士为该论文的共同第一作者，中国科学院华南植物园的胡一龙副研究员和侯兴亮研究员为该论文的共同通讯作者。该研究得到了中国科学院重点部署项目、国家自然科学基金项目和中国科学院战略性先导科技专项等项目的资助。
