近日，中國農(nóng)業(yè)科學院鄭州果樹研究所桃資源與育種團隊在《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胞類型和表達水平的時空轉(zhuǎn)換機制，為木本植物休眠機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)性進化。研究團隊選取休眠期短且具有較強抗寒能力的帚形山桃作為研究對象，運用空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)對花芽進行“解剖”。這項技術(shù)如同在細胞中安裝數(shù)百萬個納米攝像機，能同時記錄基因表達的位置、時間和強度三維信息。
通過對比不同休眠階段的數(shù)據(jù)，科學家發(fā)現(xiàn)：花芽內(nèi)部存在嚴密的“細胞分工體系”。部分細胞專職感知環(huán)境溫度變化，通過信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)向其他細胞傳遞冬眠指令；另一群細胞則啟動抗寒程序，合成保護性物質(zhì)抵御低溫；當?shù)蜏胤e累達標時，特定細胞集群會激活開花基因，完成從冬眠到萌發(fā)的轉(zhuǎn)變。這種時空精準調(diào)控機制，解釋了為何同一顆花芽能協(xié)調(diào)完成抗寒防御與發(fā)育準備的雙重任務(wù)。
桃資源與育種團隊自20世紀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。
團隊首次收集、引進、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)的細胞協(xié)同機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)科學院鄭州果樹研究所桃資源與育種團隊博士生趙亞林、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。
