异源嫁接增强瓠瓜耐冷性的分子机制：LsNHL10基因的筛选与功能验证

本研究针对瓠瓜(Lagenaria siceraria)低温敏感性问题，通过构建异源嫁接体系(Ls/Cm)与同源嫁接对照(Ls/Ls)，结合生理指标测定(Fv/Fm、MDA、SOD/POD活性)和转录组分析，开发了冷响应基因筛选策略，鉴定出关键调控因子LsNHL10。该基因在叶片高表达，定位于细胞核与叶绿体，瞬时过表达可提升耐冷性而沉默则削弱该特性，为葫芦科作物抗寒育种提供了新靶点。

　　

在蔬菜栽培中，低温胁迫是限制作物地理分布和产量的主要非生物胁迫之一。作为喜温的葫芦科作物，瓠瓜(Lagenaria siceraria)对低温尤为敏感，但关于其耐冷分子机制的研究仍较匮乏。虽然嫁接技术（如南瓜砧木嫁接）可增强瓠瓜耐冷性，但其内在机理尚未阐明。这一科学问题的破解，对于发展抗寒栽培技术、培育耐冷品种具有重要意义。

浙江省农业科学院的研究团队在《Plant Stress》发表论文，通过系统比较异源嫁接瓠瓜-南瓜(Ls/Cm)与同源嫁接瓠瓜(Ls/Ls)在1°C低温胁迫下的表型及生理变化，结合多组学分析和基因功能验证，揭示了嫁接增强耐冷性的分子机制。研究采用插入嫁接法构建材料，通过叶绿素荧光成像(F_v/F_m)、丙二醛(MDA)含量、超氧化物歧化酶(SOD)/过氧化物酶(POD)活性等生理指标评估耐冷性；基于Illumina NovaSeq 6000平台进行转录组测序，开发了"时间点交叉比对"的候选基因筛选策略；利用农杆菌介导的瞬时过表达和病毒诱导基因沉默(VIGS)技术验证基因功能。

3.1 嫁接对低温胁迫下生理指标的影响
Ls/Cm表现出更优的耐冷表型：胁迫12小时后叶片仅轻微卷曲，而同源嫁接Ls/Ls严重萎蔫。生理数据显示Ls/Cm具有更高的最大光化学效率(F_v/F_m)、更低膜损伤指标(MDA和相对电导率)，以及更显著的抗氧化酶(SOD/POD)活性和脯氨酸(PRO)积累。相关性分析揭示F_v/F_m与MDA呈显著负相关(r=-0.836)，表明光合系统稳定性与膜完整性密切相关。

3.3 低温诱导的转录组变化
转录组分析发现Ls/Cm在3-12小时胁迫期间共有172个核心差异基因。通过独创的五步筛选策略（包括时间点交叉比对和功能注释过滤），从8个候选基因中锁定HG_CLEAN_10020058，其同源基因在拟南芥中已知参与低温响应，故命名为LsNHL10。

3.7 系统发育与表达特征
系统发育树显示LsNHL10与西瓜、甜瓜同源基因聚簇，且与拟南芥周期性冷响应基因AtNHL10亲缘最近。组织特异性分析表明该基因在叶片中表达量最高，亚细胞定位证实其同时存在于细胞核、细胞质和叶绿体。

3.9-3.10 功能验证
在冷敏感品种"浙蒲9号"中瞬时过表达LsNHL10，使叶片在12小时低温处理后保持挺立，MDA含量降低27%；而在耐冷种质"HZ"中通过VIGS沉默该基因，则导致叶片严重萎蔫，MDA升高34%。这些结果直接证明了LsNHL10在瓠瓜耐冷性中的正向调控作用。

该研究首次在瓠瓜中建立了嫁接-低温响应的研究体系，创新性地开发了多时间点交叉的基因筛选策略，成功鉴定出关键调控因子LsNHL10。这不仅为解析葫芦科作物耐冷机制提供了新视角，其筛选方法还可推广至其他嫁接体系的研究。从应用角度看，LsNHL10可作为分子标记用于抗寒育种，而南瓜砧木嫁接技术可立即应用于瓠瓜越冬栽培实践。研究还暗示NHL基因家族在植物低温响应中的保守功能，为后续比较基因组学研究提供了线索。未来需通过稳定遗传转化或基因编辑技术，进一步验证LsNHL10在不同遗传背景下的功能稳定性。