冷胁迫下孝顺竹(Bambusa multiplex)的整合分析揭示其耐寒机制——与佛肚竹(B. ventricosa)和毛竹(Phyllostachys edulis)的比较研究

本研究针对热带丛生竹在亚热带地区引种面临的耐寒性差异问题，通过多组学方法比较分析了耐寒种孝顺竹(Bambusa multiplex)与冷敏感种佛肚竹(B. ventricosa)的生理结构、代谢组和转录组特征，并结合毛竹(Phyllostachys edulis)数据揭示不同竹种的冷适应策略。研究发现孝顺竹通过小叶片、低含水量、高气孔密度及脯氨酸(proline)、儿茶素(catechin)和ABA等代谢物积累实现耐寒，而毛竹则通过30条上调通路展现更强适应性。该研究为竹类抗寒育种提供了分子靶点。

　　

竹类植物作为重要的生态和经济物种，其地理分布常受低温限制。热带起源的丛生竹在向亚热带引种过程中，不同物种表现出显著耐寒性差异——如孝顺竹(Bambusa multiplex)能适应江苏地区冬季-6℃低温，而同属的佛肚竹(B. ventricosa)则表现冷敏感。这种种间差异的分子机制尚未阐明，制约着竹类抗寒育种进展。南京林业大学的研究团队通过整合生理解剖、代谢组和转录组分析，结合与温带散生竹毛竹的比较，系统揭示了不同竹种的冷适应策略，相关成果发表于《Current Plant Biology》。

研究采用多组学联用技术：对江苏南京栽培的孝顺竹和佛肚竹进行冬季冷(日均-6~0℃)、暖(10~21℃)双条件采样，通过显微观测分析叶片解剖结构，利用UHPLC-MS/MS开展非靶向代谢组检测，结合Illumina NovaSeq平台进行转录组测序，并整合前期毛竹数据进行比较分析。通过主成分分析(PCA)、差异表达基因(DEGs)筛选和MapMan通路富集等方法解析耐寒相关特征。

3.1 叶片形态差异
解剖测量显示孝顺竹叶片显著小于佛肚竹(长度减少35%，厚度降低25%)，且含水量更低。这种紧凑形态可能减少冰晶损伤风险，是其耐寒的结构基础。

3.4 气孔密度与水分关系
耐寒的孝顺竹气孔密度达600个/mm²，显著高于佛肚竹(400个/mm²)，但低于毛竹(<350个/mm²)。高气孔密度配合低含水量可能优化气体交换与水分调控。

3.6 关键代谢物响应
冷胁迫下孝顺竹特异性积累脯氨酸(proline)、儿茶素(catechin)和ABA，其中脯氨酸合成基因P5CS₁-P5CS₄表达量较佛肚竹提高3-5倍。ABA作为核心代谢节点，与10-姜酚等物质形成强正相关网络。

3.10 通路调控特征
MapMan分析发现孝顺竹通过8条上调通路(如WRKY、 brassinosteroid信号)应对寒冷，显著少于毛竹的30条通路，但不同于佛肚竹光合作用等21条通路的下调。WRKY转录因子在孝顺竹中表达量最高，提示其在丛生竹冷适应中的特异性作用。

3.12 进化适应性比较
三竹种共有的WRKY、AP2/EREBP和乙烯信号通路表明保守的早期应激机制。但毛竹展现更全面的DNA修复、激素调控等通路激活，而孝顺竹依赖CBF非依赖途径，反映不同生态型竹种的进化分异。

该研究首次系统揭示了丛生竹与散生竹的冷适应策略差异：孝顺竹通过"小而精"的形态-代谢协同适应(叶片小型化、脯氨酸/ABA富集、WRKY通路激活)实现耐寒；毛竹则凭借多通路协同调控展现更强适应性。这些发现不仅解析了竹类适应低温的分子基础，更为定向改良佛肚竹等经济竹种的抗寒性提供了靶点基因(P5CS、AAO3等)和代谢标记物。特别值得注意的是，孝顺竹的CBF非依赖型耐寒机制为植物抗逆研究提供了新视角，其与毛竹策略的互补性暗示竹类育种中"多条通路并行"的可能优势。未来研究可进一步验证WRKY等转录因子在竹类气候适应性中的调控网络，为应对气候变化下的竹资源可持续利用提供科学依据。