Hortic Res

花匠小妙招
2024-10-26 17:20

众所周知，冷驯化(Cold acclimation, CA)是植物提高耐寒性和安全越冬的重要策略。由于诱导草本植物冷驯化的主因是低温，且木本植物冷驯化分子机制的研究较为落后，因此，研究者们通常在4℃恒温及恒定的光周期和光强条件下研究冷驯化分子机制。然而，季节性的温度变化通常伴随着光强、光周期和光质等的改变，是人工设施无法模拟的。目前，植物冷驯化分子机制的研究结果大多来源于拟南芥等模式植物。有研究报道，除冬季休眠外，木本植物芽等器官的冷响应基因及信号传导机制与草本植物相似，但是，常绿叶片在越冬过程中并不经历休眠过程，在脱冷驯化后也不会继续生长。因此，其耐寒性机制可能有别于草本植物及木本植物芽等器官，木本常绿叶片越冬机制目前尚不清楚。

2022年1月，Horticulture Research在线发表了浙江大学夏宜平教授杜鹃花研究团队题为Photoprotection contributes to freezing tolerance as revealed by RNA-seq profiling of rhododendron leaves during cold acclimation and deacclimation over time 的研究论文。文章通过对常绿杜鹃花冷驯化和脱冷驯化不同时期进行转录组测序分析，结合生理生化指标及叶绿体结构的变化，揭示了越冬叶片耐寒性分子机制的独特性，并指出该独特性可能是由于绿色叶片对光保护作用的强烈需求所引起的。

本研究以常绿杜鹃花品种‘御代之荣’(Rhododendron ‘Miyo-no-Sakae’)为研究材料，对其冷驯化和脱冷驯化过程中9个时期样品进行转录组测序。通过主成分分析，确定6个关键时期进行深入研究。Mfuzz分析结合KEGG路径富集分析表明：生理节律路径对最强耐寒性的获得及脱冷驯化的感应尤为关键，其中，cryptochrome 1和bHLH/PIF3可能是起关键作用的转录因子。

Fig.1 主成分分析(a)和Mfuzz(b)

WGCNA共表达分析结合KEGG路径富集分析再次表明生理节律路径与耐寒性的密切关系。同时，该分析揭示了耐寒性-碳水化合物-生理节律、耐寒性-光保护作用、耐寒性-ABA-JA-木质素、光保护作用-ABA-JA-木质素间的复杂关系，即冷驯化过程中碳水化合物的积累使得生理节律相关基因持续上调表达，光保护作用的增强导致ABA和JA含量下降，并最终导致木质素含量下降。冷驯化过程中，随着叶片耐寒性的增加，ABA和JA 含量逐渐下降，该现象不同于前人报道的ABA和JA与耐寒性呈正相关的结论。而冷驯化过程中ABA和JA含量下降的主因可能是对光保护作用的强烈需求。