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为解决青钱柳（Cyclocarya paliurus）茎段组培叶片脱落问题，研究人员分析转录组，揭示其脱落机制，助力繁育。
青钱柳，作为我国特有的珍稀濒危植物，不仅有着 “植物界的大熊猫” 之称，还集药用、木材、观赏和生态价值于一身。近年来，随着人们对其价值的深入了解，青钱柳产业逐渐兴起，在缓解和治疗 2 型糖尿病症状方面展现出积极效果。然而，野生青钱柳资源稀缺，种子深休眠、扦插生根率低等问题严重阻碍了其开发利用。更棘手的是，在青钱柳茎段组织培养过程中，叶片脱落现象极为严重，超过 90% 的叶片会随着培养时间延长而逐渐掉落，这一难题成为其快速繁殖路上的 “拦路虎”，极大地限制了产业发展。
为了攻克这一难关，贵州师范大学、贵州科学院等科研单位的研究人员展开了深入研究。他们的研究成果发表在《BMC Genomics》杂志上，为解决青钱柳叶片脱落问题带来了新希望。
研究人员运用了多种关键技术方法。在样本处理方面，选取健康的六年生青钱柳嫩茎段进行消毒处理后接种培养，采集不同培养时间的叶片样本。转录组测序及分析上，提取样本 RNA，构建测序文库后进行 Illumina HiSeq 平台测序，对原始数据过滤、组装，并与多个数据库比对注释。利用 WGCNA 构建基因共表达网络，筛选与表型相关模块及枢纽基因。最后通过定量实时 PCR（qRT-PCR）对部分差异表达基因（DEGs）进行验证。
研究结果如下：
- 转录组数据与 DEG 分析：通过 Illumina HiSeqTM 4000 测序平台对 9 个样本测序，获得 71.56 Gb 的高质量数据。主成分分析（PCA）显示样本组内聚类良好、组间差异明显。共鉴定出 11,842 个 DEGs，且叶片脱落过程中 DEGs 数量显著增加。
- DEGs 富集分析：GO 富集分析表明，DEGs 在生物过程、细胞组分和分子功能三类中均有富集。KEGG 富集分析发现，这些基因显著富集于植物激素信号转导、苯丙烷生物合成和类黄酮生物合成等代谢途径，意味着它们在叶片脱落调控中发挥关键作用。
- 植物激素相关 DEGs 分析：在叶片脱落过程中，生长素（IAA）合成相关基因 TAA1 和 YUCCA 在 T2 期下调，导致 IAA 含量降低；乙烯生物合成和信号转导途径中多个基因在 T2 期上调，乙烯前体 1 - 氨基环丙烷 - 1 - 羧酸（ACC）含量上升。这些变化影响叶片内源激素平衡，推动叶片脱落进程。
- 苯丙烷和类黄酮生物合成相关 DEGs 分析：苯丙烷生物合成途径中，关键酶基因 PAL、4CL 和 POD 在 T2 期显著上调，使得木质素含量增加；类黄酮生物合成途径中，关键酶基因 CHS 在 T2 期上调，与叶片脱落时类胡萝卜素含量增加及叶片变黄现象相关。
- 细胞壁修饰酶相关 DEGs 分析：叶片脱落期间，果胶酶和纤维素酶活性逐渐上升，相关基因 PME、PG、EG 和 BGL 在 T1 和 T2 期显著上调，促进了脱落区（AZ）细胞壁的降解，进而导致叶片脱落。
- WGCNA 及枢纽基因分析：筛选出 21,101 个基因构建共表达网络，识别出 44 个模块。其中，棕色和蓝色模块与多个生理指标显著相关。进一步分析确定了 10 个枢纽基因，它们在调节青钱柳叶片脱落过程中具有重要作用。
- qRT-PCR 验证：选取 8 个 DEGs 进行 qRT-PCR 验证，其表达趋势与转录组测序结果一致，证实了测序结果的可靠性。
研究结论与讨论部分指出，青钱柳茎段在体外培养时受到应力，产生过量活性氧（ROS），刺激相关酶活性，加速 AZ 细胞和维管束细胞壁破裂。同时，叶片内源激素失衡，IAA 水平降低、ACC 含量增加，促进叶片脱落。棕色和蓝色模块中的枢纽基因分别通过影响生长素（AUX）和乙烯（ETH）的基因表达，正 / 负调控叶片脱落。本研究揭示了青钱柳茎段叶片脱落的分子机制，为抑制叶片脱落、提高青钱柳组培繁殖效率提供了理论依据和技术支持，为青钱柳产业的可持续发展奠定了坚实基础。但要将这些成果应用到实际组织培养繁殖中，还需进一步研究验证 。
