菊花WEE1同源基因通过调控细胞周期和DNA损伤修复增强耐盐性的分子机制

本研究针对土壤盐渍化严重制约菊花产业发展的关键问题，通过分子生物学和遗传学手段揭示了WEE1同源基因（ClWEE1）在盐胁迫下通过调控细胞周期检查点、促进DNA损伤修复，显著提升菊花耐盐性的新机制。研究人员发现ClWEE1过表达植株表现出更强的ROS清除能力和离子稳态调控能力（通过ClNHX/ClHKT等基因上调），为培育耐盐菊花品种提供了重要靶点。该成果发表于《Journal of Plant Physiology》，对解决花卉产业面临的土壤盐碱化问题具有重要实践价值。

　　

在全球土壤盐渍化日益严重的背景下，作为世界五大切花之一的菊花正面临严峻挑战。盐胁迫不仅导致叶片黄化、光合效率下降，更会引发根系DNA损伤和细胞周期紊乱，最终造成产量锐减。传统育种手段难以突破植物耐盐性的生理极限，而分子机制研究的滞后更使得遗传改良缺乏有效靶点。尤其值得注意的是，尽管已知细胞周期调控基因WEE1在酵母和哺乳动物中参与DNA损伤应答，但其在菊花耐盐性中的作用仍是未解之谜。

为解决这一关键问题，山东农业大学的研究团队通过多物种比较分析，首次发现菊花近缘种间耐盐性差异与WEE1表达水平显著相关。研究采用同源克隆技术从耐盐性较强的菊花品种中分离出ClWEE1基因，通过转基因（包括菊花和拟南芥双重遗传体系）结合流式细胞术、彗星电泳等先进技术证实：盐胁迫会特异性诱导ClWEE1在根部的表达，该基因通过磷酸化抑制CDK1活性延缓G2/M期转换，为DNA修复争取关键时间窗口。更令人振奋的是，过表达ClWEE1的植株不仅表现出更完整的基因组稳定性（彗星尾矩降低37%），还激活了ClNHX、ClHKT等离子转运基因和抗氧化酶系统，形成多层次的耐盐防御网络。

关键技术方法
研究采用三种二倍体菊花（C. lavandulifolium、C. indicum、C. nankingense）和拟南芥Col-0为材料，通过表型组学（光合参数Fv/Fm、ΦPSII测定）筛选耐盐种质；利用RT-qPCR分析基因表达模式；构建35S::ClWEE1过表达载体进行遗传转化；采用流式细胞术检测细胞周期分布，彗星电泳定量DNA损伤程度；通过亚细胞定位确定ClWEE1的核内分布特征。

研究结果

植物材料和生长条件
比较三种菊花的耐盐表型发现，C. nankingense在150 mM NaCl处理下保持最高光合效率（Pn值较对照仅下降18%）和叶绿素含量，其根部WEE1表达量是敏感品种的2.3倍，提示该基因与耐盐性正相关。

WEE1表达与耐盐性的相关性
盐胁迫6小时后，ClWEE1转录水平即显著上升（峰值达对照的7倍），且该诱导效应具有组织特异性（根部>叶片）。启动子分析发现其含有ABRE、MYB等逆境响应顺式元件，解释了胁迫快速诱导特性。

讨论
研究突破性地将细胞周期调控与植物耐盐性联系起来：ClWEE1通过"刹车"机制（G2期阻滞）协调DNA修复与分裂进程，同时通过非细胞自主效应调控离子稳态基因（如ClNHX介导的Na⁺
区隔化）。这种双轨制作用模式为理解植物适应盐胁迫提供了新视角——不仅需要生理层面的渗透调节，更需保障细胞分裂的基因组稳定性。

结论
该研究阐明ClWEE1是菊花耐盐性的核心调控因子，其通过细胞周期检查点控制（G2/M阻滞）和DNA修复功能维持根系正常发育，同时协同激活下游胁迫响应通路。这一发现不仅丰富了植物盐适应理论，更为分子设计育种提供了精准靶标。研究团队提出的"细胞周期调控-基因组稳定性-系统耐盐性"级联模型，为其他作物的抗逆改良提供了可借鉴的研究范式。