蔷薇茎刺发育的转录组解析及RmNAC43在木质素沉积中的调控机制研究

本研究针对蔷薇茎刺造成的田间管理难题，通过时间序列转录组分析揭示了Rosa multiflora茎刺发育的调控网络，发现NAC转录因子RmNAC43通过调控漆酶基因参与木质素生物合成，为蔷薇科植物茎刺性状改良提供了分子靶点。该成果发表于《International Journal of Biological Macromolecules》，为多细胞表皮附属物发育机制研究开辟了新视角。

　　

蔷薇作为全球重要的观赏植物，其茎干上密布的尖刺却成为产业发展的"双刃剑"。这些缺乏维管结构的多细胞表皮附属物不仅增加采收难度、缩短切花瓶插寿命，更对田间操作人员构成安全隐患。尽管拟南芥单细胞表皮毛的发育机制已被深入解析，但多细胞茎刺的时空动态调控网络仍是未解之谜。尤其当研究发现木质素沉积与茎刺硬化过程密切相关时，揭示其分子调控机制便成为改良观赏植物经济性状的关键突破口。

华中农业大学的科研团队以二倍体野生种Rosa multiflora及其无刺变种为材料，创新性地采集了包含原基期在内的五个发育阶段茎刺样本。通过时间序列转录组测序(RNA-seq)结合比较转录组分析，构建了包含700个茎刺相关基因的调控网络。研究采用加权基因共表达网络分析(WGCNA)鉴定关键模块，利用异源表达系统验证候选基因功能，并通过高效液相色谱(HPLC)检测木质素含量变化。

转录组分析揭示茎刺发育动态
对I-V期茎刺的RNA-seq数据显示，11,976个mRNA呈现阶段性表达特征，聚类分析识别出9个共表达模块。比较无刺变种发现，茎刺起始正调控基因显著富集于植物激素信号通路，而负调控基因多参与表皮发育抑制。

RmNAC43的木质素调控机制
共表达网络筛选出NAC转录因子RmNAC43，其表达量随茎刺发育激增。该基因与三个漆酶基因(RmLAC4/17/23)存在强共表达关系，异源表达实验证实RmNAC43通过激活漆酶基因启动子促进木质素单体聚合，电镜观察显示其过表达导致细胞壁增厚。

讨论与意义
该研究首次绘制了蔷薇茎刺全发育期的转录图谱，提出NAC-MYB-laccase的木质素调控模型在茎刺硬化中的新功能。相较于拟南芥表皮毛的bHLH-MYB-WD40调控框架，蔷薇茎刺展现出独特的激素-转录因子-细胞壁重构协同机制。研究成果为分子设计育种提供靶点基因，通过调控RmNAC43表达可能实现茎刺性状的精准改良，对月季等蔷薇科经济作物的产业升级具有重要价值。论文发现的表皮附属物发育保守性机制，也为植物形态进化研究提供了新思路。