乙烯通过调控茉莉酸信号通路促进附生兰花水涝后侧根形成的机制研究

本研究针对附生兰花Cymbidium tracyanum在水涝胁迫后恢复阶段的侧根形成机制展开研究。通过生理学与转录组学分析，发现水涝期间乙烯快速积累并激活信号通路，进而协同茉莉酸（JA）途径调控关键转录因子CtNAC68和CtWRKY65的表达，驱动侧根发育。该研究首次揭示了乙烯-JA交叉对话在附生兰花水涝适应中的作用，为兰科植物生态适应与栽培实践提供了重要理论依据。

　　

全球气候变化导致极端天气事件频发，洪水和水涝灾害对植物生长造成严重威胁。附生兰花作为兰科植物的重要类群，其70%的物种以附生方式生存，虽然对干旱具有较强适应性，却对水涝高度敏感。然而，目前关于植物水涝后恢复机制的研究多集中于模式植物和农作物，对附生植物特别是兰花的恢复策略知之甚少。根系作为直接受水涝影响的器官，其功能恢复对植物生存至关重要，其中侧根（Lateral Roots, LRs）的形成是根系重建的关键环节，但其调控机制在附生兰花中尚未明确。

为了揭示附生兰花水涝后恢复的生理与分子机制，研究人员以附生兰花Cymbidium tracyanum为研究对象，通过水涝处理（7天）及恢复期（5天和15天）的实验设计，结合表型观察、激素检测、转录组测序和基因功能分析，系统探讨了侧根形成的调控网络。研究发现，水涝期间乙烯（Ethylene）迅速积累，激活乙烯生物合成基因CtACO和信号传导基因CtEIN3的表达，而恢复阶段茉莉酸（Jasmonic Acid, JA）含量显著上升。外源施加乙烯前体ACC能够模拟水涝恢复表型，促进侧根形成，并特异性激活JA通路而非生长素（Auxin）通路。通过加权基因共表达网络分析（WGCNA），研究进一步鉴定到关键转录因子CtNAC68和CtWRKY65，其启动子区域含有乙烯和茉莉酸响应元件，且在ACC处理下表达显著上调，表明它们作为乙烯-JA信号交叉对话的核心枢纽调控侧根发育。

本研究主要采用以下技术方法：以Cymbidium tracyanum为植物材料，通过水涝处理和恢复实验设置不同时间点采样；利用TTC法测定根系活力，GC和ELISA分别检测乙烯、IAA和JA含量；通过Illumina NovaSeq 6000平台进行转录组测序，采用DESeq2进行差异表达基因分析，WGCNA构建共表达网络；通过qRT-PCR验证关键基因表达；利用PlantCARE数据库进行启动子顺式作用元件分析。

3.1. 水涝恢复期间侧根的形成

水涝7天后，C. tracyanum根系形态和活力与对照无显著差异，但恢复5天后根系活力显著升高至对照的2.05倍，新根数量增加1.49倍，且恢复15天后侧根形成明显诱导，而对照植株始终无侧根发育。

3.2. 水涝恢复期间的转录组分析

转录组分析发现，恢复5天与水涝7天相比差异表达基因数量最多（4770个），KEGG富集分析显示植物激素信号转导途径显著富集，表明激素调控在水涝恢复中起核心作用。

3.3. 激素在恢复诱导侧根形成中的调控作用

水涝期间乙烯含量急剧上升，恢复后迅速下降；IAA和JA含量在恢复阶段显著增加。转录分析显示，乙烯生物合成和信号基因（CtACO、CtEIN3）较早激活，先于IAA和JA相关基因，表明乙烯可能作为“先驱信号”启动恢复过程。

3.4. 乙烯对恢复诱导侧根形成的影响

外源ACC处理显著促进侧根形成，增加新根数量，并激活乙烯信号通路（CtERF1表达上调）。同时，ACC处理特异性诱导JA积累及JA响应转录因子CtMYC2;1和CtMYC2;2表达，而非IAA途径，表明乙烯-JA协同调控侧根发育。

3.5. 共表达网络分析鉴定乙烯和JA信号的关键枢纽基因

WGCNA分析发现粉色模块与乙烯含量、JA含量和新根数量显著相关。从中鉴定出候选枢纽基因，启动子分析显示CtNAC68和CtWRKY65含有乙烯和茉莉酸响应元件，且ACC处理显著上调其表达，证实它们作为关键调控因子整合乙烯-JA信号。

本研究首次提出附生兰花C. tracyanum通过水涝后侧根形成实现主动恢复的新范式。乙烯作为启动信号，在水涝期间积累并激活早期信号传导，恢复期间与JA通路协同作用，通过诱导核心转录因子CtNAC68和CtWRKY65表达，驱动侧根发育。这一发现揭示了乙烯-JA交叉对话在附生兰花水涝适应中的关键作用，突破了传统以生长素为核心的侧根调控模型，为理解单子叶植物激素互作提供了新视角。研究结果不仅深化了对植物水涝恢复机制的认识，也为兰科植物的保育栽培和抗逆品种选育提供了理论依据和分子靶点。未来研究可通过Y1H、ChIP和基因功能验证实验进一步阐明CtNAC68和CtWRKY65的下游调控网络。