低温胁迫与外源ABA对桂花β-紫罗兰酮合成的拮抗调控机制及分子网络解析

推荐：本研究通过整合代谢组与转录组分析，揭示低温(LT)与外源脱落酸(ABA)对桂花'柳叶银桂'花朵中β-离子酮(β-ionone)合成的拮抗作用。发现LT通过激活类胡萝卜素途径基因(如OfPDS3-2)促进香气合成，而ABA则抑制该通路。鉴定出OfMYB187/OfATHB15/OfTCP3等转录因子构成调控网络，为桂花香气育种提供新靶点。

　　

桂花作为中国传统名花，其馥郁香气主要来源于挥发性有机化合物(VOCs)，其中β-紫罗兰酮(β-ionone)作为关键香气成分，赋予花朵独特的木质莓果香调。然而，低温(LT)作为限制桂花地理分布的主要环境因子，与植物激素脱落酸(ABA)如何协同调控花香品质，一直是未解之谜。更引人深思的是，前人研究发现LT在其他植物中既能诱导内源ABA合成，又可促进花香物质积累，这种看似矛盾的现象在桂花中尚未得到合理解释。

南京林业大学的研究团队在《Scientia Horticulturae》发表的研究，首次通过多组学联用技术揭示了LT与ABA对桂花β-ionone合成的拮抗作用机制。研究人员以'柳叶银桂'为材料，设置对照(CK)、LT(10℃)、ABA(200 mg/L)和LT+ABA四组处理，采用顶空固相微萃取-气相色谱质谱(HS-SPME-GC/MS)分析挥发性成分，结合转录组测序(RNA-seq)和加权基因共表达网络分析(WGCNA)，发现LT通过上调类胡萝卜素途径关键基因(OfPSY/OfPDS/OfZDS等)使β-ionone含量提升67.4%，而ABA则抑制该通路导致含量降低91.1%。当LT与ABA共同作用时，ABA的抑制效应占主导，使β-ionone水平仅为单LT处理的50%。

关键技术方法包括：1) 基于GC-MS的VOCs检测；2) 跨组学关联分析(代谢组+转录组)；3) WGCNA构建基因共表达网络；4) 启动子顺式元件预测；5) 桂花愈伤组织遗传转化验证基因功能。样本来源于南京林业大学桂花种质资源圃的盛花期花枝。

3.1 挥发性成分与胁迫指标分析
PCA显示四组处理显著分离，OPLS-DA鉴定β-ionone为VIP值最高(1.837)的差异代谢物。LT使总VOCs含量增加，而ABA处理则显著降低。MDA含量检测表明ABA缓解了LT诱导的膜脂过氧化，暗示其增强植株抗寒性。

3.2 转录调控网络解析
KEGG富集发现ABA主要抑制类胡萝卜素合成途径基因。WGCNA筛选出与β-ionone最相关的棕色模块，包含核心结构基因OfPDS3-2和转录因子OfMYB187/OfATHB15/OfTCP3。启动子分析显示这些基因均含有ABRE和LTRE响应元件。

3.3 基因功能验证
过表达OfTCP3的桂花愈伤组织中，OfPDS3-2表达显著下调，证实该TF对类胡萝卜素途径的调控作用。

讨论部分指出，β-ionone可能作为低温胁迫信号分子，而外源ABA通过激活OfPYL-OfABF信号通路增强植株抗逆性，从而减少胁迫信号物质的积累。研究首次阐明OfPDS3-2及其调控网络在环境因子影响花香合成中的枢纽地位，为分子育种提供标记基因。

该研究创新性地揭示植物通过"激素-环境"协同调控次生代谢的新模式，为高纬度地区桂花栽培的香气调控提供理论依据。发现的OfTCP3等转录因子可作为分子开关，未来通过基因编辑精准调控花香成分，兼具基础研究价值与应用前景。