苹果（Malus × domestica Borkh. cv. Húsvéti rozmaring）茎段外植体在含噻苯隆或 6 - 苄氨基嘌呤核苷培养基上体外培养的转录组响应：探索细胞分裂素调控机制

为解决细胞分裂素（CKs）对苹果体外腋芽培养影响的分子机制问题，研究人员开展了噻苯隆（TDZ）和 6 - 苄氨基嘌呤核苷（BAR）对苹果体外培养茎段 mRNA 转录影响的研究。结果发现不同 CK 处理下基因表达强度变化与多种生理过程相关。该研究有助于理解苹果体外培养的分子机制。

　　在水果产业中，苹果（Malus × domestica Borkh.）占据着极为重要的经济地位，它富含多种营养成分，对人体健康益处多多，能预防心血管疾病、降低糖尿病风险等。在苹果的繁殖技术里，微繁殖技术凭借其能全年繁殖、培育健康无病原体植株等优势，成为关键手段。而在微繁殖中，茎段增殖是核心环节，其成效受诸多因素影响，其中细胞分裂素（CKs）起着决定性作用。噻苯隆（TDZ）和 6 - 苄氨基嘌呤核苷（BAR）作为两种重要的 CKs，虽对苹果体外茎段发育有显著影响，但背后的转录组变化一直未被深入探究。为了揭开这一谜团，来自匈牙利德布勒森大学农业基因组学和生物技术中心等机构的研究人员展开了相关研究，该研究成果发表在《Plant Cell, Tissue and Organ Culture (PCTOC)》上。

研究人员运用了多种技术方法。首先是样本处理与 RNA 提取，他们选取苹果（Malus x domestica Borkh. cv. Húsvéti rozmaring）体外培养的茎段作为实验材料，先在无细胞分裂素的培养基上培养以消除前期 CKs 的影响，随后将其置于含不同 CKs（TDZ、BAR 或无 CK 作为对照）的培养基中培养，并在 48 小时和 4 周时分别取样。接着利用 Quick - RNA? Plant Miniprep kit 提取样本总 RNA。之后进行 mRNA 测序，采用 Illumina 测序平台的 NovaSeq X Plus Series，运用配对末端 150bp 策略对样本测序，并将原始序列存入 NCBI 基因表达综合数据库（GEO）。最后通过生物信息学分析，使用 fastp 软件进行原始序列质量控制，Hisat2 将序列比对到参考基因组，featureCounts 进行基因水平读数量化，DESeq2 进行差异表达分析，clusterProfiler 进行基因富集分析 。

下面来看看具体的研究结果。在评估 RNA 表达谱的全局变化方面，研究人员对不同 CK 处理下的基因表达强度进行了分析。在 3 种比较（TDZ 与对照、BAR 与对照、BAR 与 TDZ）中，48 小时时，分别有 69、10 和 53 个序列显著上调或下调；到 4 周时，这一数量分别增加到 1536、2161 和 795。并且不同处理间相同差异表达基因（DEGs）的数量也随时间增加，这表明不同 CK 处理对基因表达的影响在培养过程中逐渐显现且更为复杂。

在生物过程、细胞成分和分子功能的变化上，48 小时时，与对照相比，TDZ 和 BAR 处理分别影响了不同的生物过程、细胞成分和分子功能。例如，TDZ 主要影响细胞分裂素脱氢酶活性等 4 种分子功能，BAR 则影响细胞分裂素脱氢酶活性等 4 种分子功能。到 4 周时，影响更为显著。TDZ 影响了磷酸中继转导系统等生物过程，BAR 影响了氧化应激反应等生物过程。在细胞成分方面，TDZ 影响了核小体等，BAR 则主要影响了光系统 I。这些结果说明不同 CK 在不同时间点对苹果茎段的生理过程和细胞结构有着不同的调控作用。

转录因子相关的上调和下调 DEGs 研究发现，48 小时时，处理组与对照组相比未检测到显著的转录因子（TF）DEGs，但 BAR 与 TDZ 组比较有 1 个 TF 上调。4 周后，TDZ 处理使 bHLH 家族 21 个 TF DEGs 上调，BAR 处理使 18 个 TF 上调、4 个下调。不同 TF 家族在不同 CK 处理下的表达变化不同，这表明 CKs 通过影响 TF 的表达来调控苹果茎段的生长发育。

KEGG 通路分析结果显示，48 小时时，TDZ 处理影响了不饱和脂肪酸生物合成等代谢过程，BAR 处理仅影响玉米素生物合成。4 周时，TDZ 处理使植物激素信号转导等通路相关基因上调，BAR 处理影响了多个代谢过程和通路，如植物激素信号转导、苯丙烷生物合成等。不同 CK 处理对代谢过程和通路的影响差异显著，反映出它们在调控苹果茎段生理功能上的不同作用机制。

代谢过程相关的上调和下调 DEGs 研究表明，48 小时时，TDZ 处理影响了不饱和脂肪酸生物合成等过程，BAR 处理主要影响细胞分裂素脱氢酶相关基因。4 周时，TDZ 处理影响了脂肪酸降解等代谢过程，BAR 处理影响了多个代谢过程，如 ABC 转运蛋白相关代谢、各种植物次生代谢物生物合成等。

信息处理通路和细胞运动相关的上调和下调 DEGs 研究发现，4 周时，TDZ 处理使细胞运动（运动蛋白）和遗传信息处理（DNA 复制）相关基因上调，而 BAR 处理未产生此影响。在植物激素信号转导方面，两种 CK 处理都有影响，但方式不同。这些结果进一步说明了不同 CK 对苹果茎段的影响差异，以及它们在调控细胞功能和信号转导方面的独特作用。

综合研究结论和讨论部分，该研究揭示了 TDZ 和 BAR 对苹果体外茎段发育的不同影响及其转录组变化机制。不同 CK 处理影响了与植物激素信号转导、细胞周期、木质素生物合成等相关基因的表达，这些变化与苹果茎段的形态和发育特征密切相关。例如，TDZ 处理导致茎段增厚、叶片扭曲等现象，BAR 处理则使茎段伸长。该研究为深入理解苹果体外培养的分子机制提供了重要依据，有助于优化苹果微繁殖技术，提高繁殖效率和质量，在苹果种植产业中具有重要的理论和实践意义。