空间转录组学揭示ABA调控大麦胚萌发的分子特征与组织特异性响应机制

本研究通过整合转录组学、代谢组学和空间转录组学技术，解析了脱落酸(ABA)抑制大麦(Hordeum vulgare)种子萌发的分子机制。研究发现ABA通过调控能量代谢、木质素合成和细胞壁重构相关基因，同时激活环境适应和植物激素信号通路(如SnRK2s/PP2Cs/ABFs)。空间转录组首次定位了胚芽鞘等6个胚胎组织中ABA响应基因的分布，为作物抗逆育种提供了新靶点。

　　

种子萌发是植物生命周期的关键阶段，其调控机制直接影响作物生产。脱落酸(ABA)作为核心抑制因子，虽已知其与赤霉素(GA)的拮抗作用，但组织特异性调控网络仍不清晰。传统转录组技术无法解析胚胎不同区域的基因表达差异，且ABA与其他植物激素(如茉莉酸JA、油菜素内酯BR)的互作机制存在争议。西里西亚大学联合波兰科学院等机构的研究团队在《BMC Plant Biology》发表研究，首次应用Visium空间转录组技术绘制了大麦胚萌发的分子图谱。

研究采用75μM ABA处理'Sebastian'大麦品种，通过RNA-seq、LC-MS/MS代谢组和10x Genomics空间转录组技术，分析1天吸胀期(1 DAI)胚胎。关键实验包括：差异基因筛选(log2FC≥1.5，p<0.01)、PlantRegMap预测转录因子结合位点、KEGG/GO富集分析，以及PLA-DA代谢物关联分析。空间转录组优化了植物组织透化方案，实现6个胚胎区域的基因定位。

ABA抑制萌发相关基因表达
转录组分析发现5，533个差异基因(DEGs)，其中64%被ABA抑制。高表达基因(TPM>1000)仅49个，表明ABA主要发挥转录抑制作用。MYB家族转录因子(如BaRT2v18chr1HG014170)占比最高(35个)，预测到23个TF可结合3，617个DEGs启动子，包括ABA核心调控因子ABI3(BaRT2v18chr3HG161790)和ABF3(BaRT2v18chr3HG156370)。

代谢重编程与激素串扰
代谢组显示ABA处理使内源ABA前体(紫黄质、β-胡萝卜素)增加1.76-1.90倍，而分解产物红花酸降低。共32个激素相关DEGs被调控，包括：

1. GA通路：GA2ox(降解酶)与GA20ox(合成酶)同步上调，但GA12、GA24等代谢物减少，提示降解占主导
2. JA通路：LOX2s基因下调导致13-HPOTE和OPDA减少，但JA受体COI1(BaRT2v18chr1HG036610)表达升高
3. BR通路：CYP92A6和BAS1基因下调，与代谢物芸苔甾醇、芥子甾醇减少一致
4. 生长素：转运体AUX1/LAX(BaRT2v18chr4HG185730)下调，但合成酶YUCCA(BaRT2v18chr3HG147750)表达升高

空间转录组揭示组织特异性
在胚芽鞘、盾片等6个区域定位到49个ABA依赖型DEGs。胚芽鞘表达最显著(14个特有基因)，如糖基转移酶(BaRT2v18chr3HG145450)在5个区域共表达。盾片特异性下调几丁质酶(BaRT2v18chr7HG378630)，而中胚轴高表达热激蛋白(BaRT2v18chr2HG052310)。

发育与萌发的ABA特征比较
与Ková?ik等(2024)发育种子转录组对比，发现1，586个萌发特有DEGs，富集于细胞壁重构(GO:0071554)和氧化应激响应(GO:0006979)。2，035个基因与发育胚胎共享，涉及ABA响应通路(GO:0009737)。

该研究首次实现植物胚胎的空间基因表达解析，揭示ABA通过"代谢抑制-激素重组-区域化调控"三重机制延缓萌发。胚芽鞘作为响应枢纽的发现，为定向改良作物休眠性提供新思路。技术层面，优化的植物组织透化方案(纤维素酶/木聚糖酶混合消化)为植物空间组学研究建立范本。