《Plants》：Comparative Transcriptome and Sugar Metabolism Analysis Reveal Regulatory Networks During Bud Dormancy Release in Prunus mume
Wenhui Cheng,
Man Zhang,
Tangchun Zheng,
Jingli Zhang and
Qixiang Zhang
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糖在梅花（Prunus mume）花芽休眠解除及随后的开花时间决定中起着关键的调节作用，但该过程涉及的分子机制仍知之甚少。为了阐明这一问题，研究人员整合了生理谱分析和转录组测序，选用两个开花物候相反的品种：‘超汤宫粉’（CTGF，早花）和‘师出金’（SCJ，晚
糖在梅花（Prunus mume）花芽休眠解除及随后的开花时间决定中起着关键的调节作用，但该过程涉及的分子机制仍知之甚少。为了阐明这一问题，研究人员整合了生理谱分析和转录组测序，选用两个开花物候相反的品种：‘超汤宫粉’（CTGF，早花）和‘师出金’（SCJ，晚花）。此外，还对‘一帘’品种的芽分别进行了外源糖处理，以评估糖对休眠解除的影响。研究发现，在休眠解除期间，葡萄糖（Glu）和蔗糖（Suc）含量逐渐增加，且与CTGF和SCJ两品种的芽萌发率呈显著正相关（r > 0.75）。相应地，外源施用葡萄糖和蔗糖显著加速了‘一帘’的芽萌发，而甘露糖（Man）则表现出抑制作用。对CTGF和SCJ的转录组分析显示，淀粉和蔗糖代谢、激素信号转导及胁迫响应通路显著富集。关键代谢基因，特别是α-淀粉酶基因PmAMY1-2和细胞壁转化酶基因PmCWINV1/4，在该转变过程中上调表达。加权基因共表达网络分析（WGCNA）进一步在糖相关调控模块中鉴定出PmFRK4、PmSUS6及上述转化酶等候选基因。这些发现共同支持了一个模型，即葡萄糖和蔗糖的积累通过转录激活淀粉和蔗糖分解代谢途径促进内休眠（endodormancy）的解除。该研究为解析木本多年生植物的休眠调控提供了理论框架，并为精确调控开花时间提供了潜在靶点。
梅花花芽休眠解除的糖代谢调控网络：一项多组学研究解读
梅花（Prunus mume）作为早春重要的观赏与果树种，其花芽休眠能否顺利解除直接关系到花期早晚与产量形成。尽管已知糖不仅是能量底物更是信号分子参与休眠解除，但在梅花中，糖代谢重编程如何精确调控这一发育转变的具体分子机制尚不明确。特别是在低温信号感知后，糖代谢流的变化如何与关键调控通路（如CBF-DAM）偶联，以及糖代谢物如何作为信号分子发挥作用，缺乏系统性的解析。为此，研究人员选取了早花品种‘超汤宫粉’（CTGF）和晚花品种‘师出金’（SCJ）作为对比材料，结合转录组测序与靶向糖代谢组学分析，旨在系统阐明梅花花芽休眠解除过程中的碳水化合物代谢特征及转录调控机制，相关成果发表在《Plants》杂志。
为实现上述目标，研究人员采用了多项关键技术方法。首先，构建了包含不同需冷量（Chilling Requirement）的梅花品种资源队列，并在特定时间点采集花芽样本。其次，利用气相色谱-质谱联用（GC-MS）技术对芽内可溶性糖组分进行绝对定量分析。第三，基于Illumina平台进行转录组测序，并结合加权基因共表达网络分析（WGCNA）构建基因与代谢物的关联网络。此外，还通过外源糖喷施实验验证关键糖类的生理功能，并利用实时荧光定量PCR（qRT-PCR）对关键基因表达模式进行验证。
研究结果显示，在表型层面，早花品种CTGF的芽萌发率在D3（1月3日）迅速攀升至63.63%，D4达到95.0%，而晚花品种SCJ直至D5、D6才达到相当水平，其需冷量计算值（486 CU）显著高于CTGF（248 CU）。糖含量动态分析表明，葡萄糖（Glu）和蔗糖（Suc）含量随休眠解除进程逐渐增加，且与芽萌发率呈显著正相关（r > 0.75）。外源处理实验进一步证实，喷施葡萄糖和蔗糖能显著促进‘一帘’品种的芽萌发，而甘露糖则表现出显著的抑制效应。
在分子层面，转录组比较分析揭示了显著的品种间差异：CTGF在休眠解除初期（D1-D2）即发生大规模转录激活，鉴定出5153个差异表达基因（DEGs），而SCJ的大规模转录重编程则延迟至后期（D5-D6）才发生。功能富集分析显示，这些DEGs显著富集于淀粉和蔗糖代谢、植物激素信号转导及逆境响应等通路。具体而言，淀粉水解酶基因PmAMY1-2和细胞壁转化酶基因PmCWINV1/4的表达水平在休眠解除期显著上调。WGCNA分析成功构建了与糖含量高度协同的基因模块，并从中锁定了PmFRK4、PmSUS6及上述转化酶等核心候选基因。激素信号分析还发现，脱落酸（ABA）失活基因CYP707A4和赤霉素（GA）合成基因GA5在早花品种中表达上升更快。
讨论部分指出，本研究揭示了可溶性糖（尤其是葡萄糖和蔗糖）积累作为代谢信号促进梅花休眠解除的核心作用。这种积累源于淀粉的高效动员，且糖信号可能通过与植物激素信号通路（如GA、ABA、茉莉酸JA）的交叉对话，共同协调休眠解除。研究还提出了己糖激酶（HXK）可能作为代谢门控开关的调控模型：内休眠期高表达的PmHXK可能消耗游离葡萄糖以维持休眠状态，而当需冷量满足后，HXK表达下调导致葡萄糖积累，进而激活下游萌发程序。此外，乙烯生物合成基因在休眠解除期的活跃表达也提示其可能参与调控。
结论部分总结道，该研究阐明了早花与晚花梅花品种在休眠解除过程中的生理与分子机制差异。表型分析证实SCJ具有更长的内休眠期和更慢的芽发育速率。糖谱分析验证了葡萄糖和蔗糖作为正调控因子的功能，而甘露醇则起抑制作用。转录组分析揭示了CTGF在休眠起始阶段即发生即时广泛的转录激活，而SCJ则表现出显著的延迟响应。通过WGCNA，研究人员鉴定了与糖动态高度相关的特定基因共表达模块，并将PmSUS6确定为糖代谢调控网络中的关键候选基因。这些发现表明，梅花花芽休眠解除伴随着糖信号与转录重编程的协同变化，为通过分子育种优化开花时间提供了重要理论依据。
