近日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院鄭州果樹研究所桃資源與育種團(tuán)隊在《園藝研究》發(fā)表最新研究成果，通過給桃樹花芽做“時空CT掃描”，揭示了花芽休眠過程中細(xì)胞類型和表達(dá)水平的時空轉(zhuǎn)換機(jī)制，為木本植物休眠機(jī)理研究和桃低需冷量育種提供了重要理論參考。相關(guān)成果發(fā)表在《園藝研究》（Horticulture Research）。
休眠是植物抵御低溫脅迫的適應(yīng)性進(jìn)化。研究團(tuán)隊選取休眠期短且具有較強(qiáng)抗寒能力的帚形山桃作為研究對象，運(yùn)用空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)對花芽進(jìn)行“解剖”。這項技術(shù)如同在細(xì)胞中安裝數(shù)百萬個納米攝像機(jī)，能同時記錄基因表達(dá)的位置、時間和強(qiáng)度三維信息。
通過對比不同休眠階段的數(shù)據(jù)，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)：花芽內(nèi)部存在嚴(yán)密的“細(xì)胞分工體系”。部分細(xì)胞專職感知環(huán)境溫度變化，通過信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)向其他細(xì)胞傳遞冬眠指令；另一群細(xì)胞則啟動抗寒程序，合成保護(hù)性物質(zhì)抵御低溫；當(dāng)?shù)蜏胤e累達(dá)標(biāo)時，特定細(xì)胞集群會激活開花基因，完成從冬眠到萌發(fā)的轉(zhuǎn)變。這種時空精準(zhǔn)調(diào)控機(jī)制，解釋了為何同一顆花芽能協(xié)調(diào)完成抗寒防御與發(fā)育準(zhǔn)備的雙重任務(wù)。
桃資源與育種團(tuán)隊自20世紀(jì)80年代起，在國內(nèi)率先開展需冷量研究，經(jīng)過40多年攻關(guān)，確立了桃需冷量的適宜評價模式，闡明了低需冷量種質(zhì)的遺傳和生物學(xué)特點，提出了利用降低品種需冷量、縮短童期、提高早期豐產(chǎn)性的育種理論。
團(tuán)隊首次收集、引進(jìn)、發(fā)掘低需冷量桃優(yōu)異種質(zhì)30份，支撐培育低、低中需冷量品種34個，顯著降低了主栽品種的需冷量，擴(kuò)展了我國桃栽培南限，并育成了我國設(shè)施桃主要栽培品種。
此外，他們還系統(tǒng)研究了打破休眠的生理機(jī)制以及需冷量對桃設(shè)施栽培扣棚升溫、果實成熟期、產(chǎn)量、連續(xù)結(jié)果能力等方面的影響，成為我國落葉果樹設(shè)施栽培的理論基礎(chǔ)，指導(dǎo)了設(shè)施促早栽培關(guān)鍵技術(shù)。作為短休眠期育種的又一階段性成果，為后期休眠分子設(shè)計育種提供有力支撐。
此次發(fā)現(xiàn)的時空轉(zhuǎn)換機(jī)制，與2023年揭示的PpDAM6主效基因形成技術(shù)閉環(huán)。PpDAM6如同休眠總開關(guān)，其啟動子區(qū)30個堿基缺失會顯著降低需冷量需求，而新發(fā)現(xiàn)的細(xì)胞協(xié)同機(jī)制則解釋了基因指令如何轉(zhuǎn)化為生理響應(yīng)。
中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院鄭州果樹研究所桃資源與育種團(tuán)隊博士生趙亞林、李勇副研究員為論文共同第一作者，王力榮研究員為論文通訊作者。本研究得到國家重點研發(fā)計劃項目、自然科學(xué)基金項目、中國農(nóng)科院青年創(chuàng)新專項、河南省優(yōu)秀青年基金、云南重大公益專項等項目資助。
