《Fruit Research》：Phosphorus-induced enhancement of adventitious root formation in K2 apple rootstocks: hormonal and gene expression insights
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本研究通过低磷（LP）处理揭示磷素通过调控生长素（IAA）、玉米素核苷（ZR）、脱落酸（ABA）和油菜素甾醇（BR）等内源激素水平，以及ARF1、GH3.1、B-ARR1、PYR/PYL1、BAK1a等关键基因表达，显著促进K2苹果砧木不定根（AR）形成的生理与分子机制。转录组分析发现1,009个差异表达基因（DEGs）富集于代谢和激素信号通路，为苹果砧木无性繁殖提供了新的理论依据。
引言
苹果（Malus domestica）作为全球重要的经济果树，在中国具有最大的栽培面积和产量。然而，我国苹果产业仍面临成果率低的问题，主要源于高密度栽培体系应用不足。通过茎段扦插进行无性繁殖是苹果栽培的首选方法，但不定根（Adventitious Root, AR）形成作为重新建立水分和养分吸收的关键步骤，仍是规模化繁殖的主要瓶颈。嫁接技术可增强苹果对逆境的适应性，但许多具有优良性状的砧木表现出较差的生根能力，因此提高生根效率对推动苹果产业发展至关重要。
AR形成包含三个明确阶段：诱导期（0–3 d）、启动期（3–8 d）和突出期（8 d后）。在苹果中，AR原基起源于韧皮部附近的束间形成层细胞。该过程受到内源激素、营养状况、创伤和环境条件的精密调控。此前研究表明，硝酸盐和钾等大量元素可促进苹果砧木AR形成，但磷（P）的作用尚未明确。磷作为ATP的关键组分，在能量转移、根系发育和激素调控中发挥核心作用，但其在苹果砧木AR形成中的具体机制仍有待探索。
材料与方法
本研究以K2苹果砧木茎段为材料，该品种为G.41矮化砧木与秋子（Malus prunifolia）的杂交后代。实验设置四个处理组：对照组（CK，基础MS培养基含P 0.04 g/L）、低磷组（LP，总P 0.12 g/L）、中磷组（MP，总P 0.20 g/L）和高磷组（HP，总P 0.36 g/L）。每组36个茎段，培养30天后统计生根率与每茎段AR数量。选择LP组进行后续生理和转录组分析，分别在0、3、8、16 d采集基部0.5 cm生根区样本，进行解剖学观察、内源激素检测（IAA、ABA、BR、ZR、GA3、MeJA）和RNA测序。转录组分析以3 d样本为重点，采用HISAT2比对苹果参考基因组，以FPKM量化表达水平，筛选标准为fold-change > 2且FDR < 0.05。
结果
形态与解剖学观察
LP处理显著提高生根率和AR数量（较CK增加60%），而HP处理抑制AR形成（减少70%）。解剖学显示LP组在3 d已出现更多AR原基，16 d时AR突出更为显著，表明LP通过促进原基形成增强AR发育。
转录组分析
RNA-seq数据质量优异（Q30 > 95%），PCA显示CK与LP组转录谱显著分离。共鉴定1,009个DEGs（383个上调，626个下调）。GO富集显示DEGs主要参与碳水化合物代谢、膜整合组分和氧化还原酶活性等过程；KEGG分析显著富集于次生代谢物合成、代谢通路和植物激素信号转导通路。
内源激素与信号通路基因
IAA在LP组3 d和8 d显著升高，16 d降低；ZR、ABA、BR在CK组全程保持较高水平。激素相关DEGs包括：
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生长素信号通路：ARF1、GH3.1、SAUR1/2下调，SAUR3、TMK1/4a/b上调；
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细胞分裂素信号：APH1上调，B-ARR1/2下调；
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ABA信号：PYR/PYL1/2下调；
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BR信号：BAK1a上调，BRI1等下调；
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JA信号：MYC2a下调，MYC2b/c上调；
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GA与ET/SA通路相关基因均表现为抑制趋势。
RT-qPCR验证了大部分DEGs表达趋势的一致性。
讨论
LP促进AR形成的机制
LP通过协调激素动态平衡与基因表达调控AR形成。早期（3 d）IAA积累驱动细胞分裂与原基启动，而后期IAA下降可能有利于AR突出。LP同时抑制ZR、ABA、BR等负调控激素，并通过下调ARF1、GH3.1等负调节因子增强auxin信号效率。B-ARR1/2下调减轻CK对根原基的抑制，PYR/PYL1低表达缓解ABA信号传导，BAK1a上调可能参与BR与auxin的交叉对话。这些变化共同创造利于AR发生的激素环境。
结论
LP处理通过升高IAA、降低ZR/ABA/BR水平，并调控ARF1、GH3.1、B-ARR1、PYR/PYL1、BAK1a等关键基因表达，协同促进K2苹果砧木AR形成。该研究从营养-激素互作角度揭示了磷素调控木本植物根系发育的新机制，为苹果砧木高效繁殖提供了理论依据。
