编辑推荐：
在板栗营养繁殖中，不定根（AR）形成困难限制了产业发展。研究人员探究赤霉素（GAs）和多效唑（PBZ）对板栗不定根形成的影响。结果显示，GAs 抑制不定根形成，PBZ 可诱导不定根形成。该研究为优化板栗繁殖技术提供理论依据。
板栗，作为一种兼具经济、社会和生态价值的多用途树木，在西班牙的许多地区，尤其是加利西亚，与传统景观紧密相连。然而，气候变化的威胁如同一朵巨大的乌云，笼罩着板栗种群，使其在未来几十年面临严峻的生存挑战。在板栗的繁殖领域，传统的嫁接繁殖方式不仅成本高昂、耗时费力，而且由于板栗对生根的抵触特性（这种特性使得新根难以发育，成为了产业发展和科研推进的瓶颈），导致营养繁殖的成功率较低，并且高度依赖基因型。因此，寻找一种更有效的繁殖方法迫在眉睫。
在植物的生长发育过程中，不定根的形成是一个至关重要的环节。不定根，简单来说，就是从原本并非根原基的细胞发育而来的根。对于像板栗这样难以生根的树种，不定根的形成更是其营养繁殖的关键。生长素（Auxin）在不定根的形成过程中扮演着核心角色，不过，其他植物激素，如赤霉素（Gibberellins，GAs）、乙烯、茉莉酸、细胞分裂素和脱落酸等，也参与其中，它们与生长素相互作用，共同调节不定根的诱导和发育，但具体机制在板栗中尚未明确。
为了深入了解这些激素在板栗不定根形成过程中的作用，来自西班牙国家研究委员会（MBG-CSIC）植物生产部的研究人员开展了一系列研究。他们的研究成果发表在《Journal of Plant Growth Regulation》上，为板栗繁殖技术的优化提供了重要的理论依据。
研究人员采用了多种技术方法来开展此项研究。在实验材料方面，他们选用了从一株 80 年生田间生长树木的基部新芽建立的幼年样微枝（juvenile-like microshoots），该微枝来自名为 P2BS 的品系，已在实验室保存超过 30 年。在实验处理上，研究人员设置了多种激素处理组，将不同浓度和组合的赤霉素（GA3）、多效唑（Paclobutrazol，PBZ，一种 GA 合成抑制剂）与生长素（吲哚丁酸，Indole - butyric acid，IBA）组合，施加到板栗幼年样微枝上，观察其生根反应。同时，为了探究极性生长素运输的影响，还使用了萘基邻氨甲酸盐（Naphthyl - phtalamic acid，NPA，极性生长素运输抑制剂）。在分析方法上，研究人员运用了转录组学实验和定量实时聚合酶链反应（qRT-PCR）技术，对处理后的样本进行分子水平的分析，以探究基因表达的变化。
生根实验
研究人员发现，在没有植物生长调节剂的对照组中，没有根形成。单独使用 2.5μM IBA 时，诱导出了 90% 的生根率。当 IBA 与 GA3一起使用时，高达 20μM 的 GA3对生根率没有显著影响，但根的数量呈下降趋势；而当 GA3浓度达到 40μM 时，生根率急剧下降至 6.5%，几乎完全阻断了不定根的诱导。这表明高浓度的 GA3能够抑制 IBA 对板栗微枝不定根的诱导作用。
单独使用 PBZ 时，40% 的微枝生根，尽管根的数量较少，这说明阻断 GA 生物合成能够诱导板栗不定根的形成，但其诱导率低于外源 IBA 处理。当 PBZ 与 IBA 联合使用时，对生根率没有显著影响，但根的数量随着 PBZ 浓度的增加而稳步增加。此外，研究还发现，NPA 能够阻断 PBZ 的诱导生根作用，而当 IBA、PBZ 和 NPA 三者联合使用时，生根率略有恢复。
转录组学分析
为了进一步探究生根实验中不同处理下差异反应的分子机制，研究人员进行了转录组学分析。他们对 GA（40μM）、IBA + GA3（2.5 + 40μM）和 PBZ（40μM）处理的样本在处理后 24、48 和 72 小时进行收集，并与处理前的样本（Time 0，T.0）进行对比分析。
通过分析，研究人员获得了不同处理下的差异表达基因（Differentially Expressed Genes，DEGs）。其中，PBZ 处理有 802 个 DEGs，GA 处理有 1251 个 DEGs，IBA + GA 处理有 1730 个 DEGs。通过对这些 DEGs 的分析，研究人员发现，PBZ 处理的样本中，一些与根诱导相关的转录因子，如 NAC 家族的两个基因（CsNAC29、CsNAC72）和乙烯响应转录因子 CsWIND - 1（RAP2 - 4）表达上调，这可能与微枝形成根的能力有关。在 IBA + GA 处理的样本中，主要的转录因子属于 WRKY（CsWRKY31、CsWRKY33）和乙烯相关的 AP2（CsPLT2）家族。
此外，研究人员还对 DEGs 进行了基因本体（Gene Ontology，GO）分析。结果显示，PBZ 处理的样本在基因沉默（“Primary miRNA processing”）和三萜类合成（与应激反应相关）方面表现出富集；而 IBA + GA 处理的样本中，涉及更多的生物学过程，包括 “Response to chitin”、脂质运输（“Intracellular cholesterol transport”）和 “Positive regulation of circadian rhythm” 等。
GA 信号基因和生长素相关基因的表达分析
研究人员通过 qRT-PCR 对 GA 信号基因 CsGID1b 和 CsGID2 的表达进行了验证。结果发现，PBZ 处理能够诱导 CsGID1b 的表达，且在 48 小时内持续诱导，72 小时时表达进一步增加；而 IBA + GA 处理对该基因的表达影响不显著，仅在 72 小时时有轻微下降。CsGID2 的表达则几乎不受处理的影响。这表明阻断 GA 合成会诱导 GA 受体的增加，但经典 GA 信号通路的其他下游组件似乎未受影响。
对于生长素相关基因，研究人员重点分析了生长素转运蛋白基因 CsPIN1 和生长素响应基因 CsLBD16。结果显示，PBZ 显著诱导了 CsPIN1 的表达，而 IBA + GA 处理则使其表达显著下降，这表明 CsPIN1 似乎受 GA 的控制，GA 通过抑制 CsPIN1 的活性来影响不定根的形成。CsLBD16 在 PBZ 和 IBA + GA 处理的样本中均表现出差异表达，在处理后的前 48 小时，两种处理均诱导其表达，但在 72 小时时，PBZ 处理的样本中其表达显著增加，而 IBA + GA 处理的样本中则下降。这表明该转录因子在处理开始三天后对不定根形成过程可能具有重要意义，但在前 48 小时并非决定性因素。
综合以上研究结果，研究人员得出结论：多效唑（PBZ）至少部分通过调节生长素运输和信号传导来触发板栗不定根的形成，具体表现为诱导 CsPIN1 和 CsLBD16 的表达，但该过程中仍有其他因素有待确定。赤霉素（GAs）则抑制板栗不定根的形成，当生长素和赤霉素一起使用时，这种抑制作用更加明显。抑制内源性 GA 合成会促进 GA 受体 CsGID1b 的诱导，这表明可能存在一种机制来平衡 GA 水平的下降。然而，PBZ 诱导不定根形成是否依赖于不受 DELLA 蛋白控制的 GA 调节基因，仍需进一步研究。此外，其他植物激素信号通路的成分在特定时间的活动可能也对 GA 抑制不定根形成的作用有贡献。
这项研究的意义重大。它不仅有助于我们深入理解板栗难以生根的遗传本质，还揭示了 GAs 在生根过程中的作用及其与生长素的相互作用机制。这些信息为优化板栗的营养繁殖协议提供了理论基础，有望推动板栗产业的发展，帮助板栗更好地应对气候变化带来的挑战。同时，该研究也为其他难以生根树种的繁殖研究提供了参考，拓展了植物激素调控不定根形成机制的研究领域。
