葡萄花芽休眠解除的分子机制：基于氢氰酰胺诱导的转录组与蛋白质组整合分析

为解决南方地区葡萄因冬季低温不足导致的芽休眠解除不完全和萌发率不均问题，研究人员通过整合转录组学和蛋白质组学技术，揭示了氢氰酰胺(HC)调控葡萄花芽休眠解除的分子机制。研究发现HC处理通过激活光合作用、碳水化合物代谢、脂肪酸代谢和氨基酸代谢等多条通路，显著促进葡萄芽萌发和果实成熟。该研究为人工调控葡萄休眠提供了理论依据，对解决全球变暖背景下果树生产面临的低温不足问题具有重要意义。

　　

在南方葡萄种植区，冬季低温积累不足常常导致花芽休眠解除不完全、萌发率参差不齐，严重影响葡萄产量和果实品质。这一现象随着全球气候变暖趋势日益凸显，成为困扰果农的技术难题。氢氰酰胺(HC)作为一种高效休眠打破剂，虽已在葡萄栽培中广泛应用，但其作用机制尚不明确。云南某研究机构的研究人员以五年生'水晶'葡萄为材料，采用多组学整合分析策略，系统解析了HC诱导葡萄花芽休眠解除的分子机制，相关成果发表在园艺学权威期刊《Scientia Horticulturae》上。

研究采用2.5% HC处理葡萄枝条，通过表型观察记录芽萌发和果实发育进程。运用Illumina NovaSeq 6000平台进行转录组测序，结合Label-free定量蛋白质组学技术，对处理组(CY)、对照组(CK)和未处理组(BT)进行多组学分析。生物信息学分析包括差异基因(DEGs)和差异蛋白(DEPs)筛选、GO功能注释、KEGG通路富集以及基因-蛋白互作网络构建。

研究结果显示，HC处理使葡萄萌芽期提前30天，果实成熟期提前25天。转录组分析鉴定出5258个差异表达基因，主要富集于细胞周期、电子传递链和微管运动等过程。蛋白质组学发现990个差异表达蛋白，主要定位于叶绿体、细胞质和细胞核。整合分析揭示HC通过四条关键通路调控休眠解除：1)光合作用途径中细胞色素b6-f复合体铁硫亚基(PetC)和铁氧还蛋白-NADP⁺还原酶(petH)表达上调；2)碳代谢途径中苹果酸脱氢酶(MDH)、乌头酸水合酶(ACO)等TCA循环关键酶活性增强；3)过氧化物酶体通路中酰基辅酶A氧化酶(ACOX)和长链酰基辅酶A合成酶(ACSL)表达增加；4)乙醛酸和二羧酸代谢中乙醛酸/羟基丙酮酸还原酶(GRHPR)和甘油酸脱氢酶(GAPDH)活性提升。

在讨论部分，研究阐明了HC促进休眠解除的多层次调控网络：在能量代谢层面，HC激活糖酵解/糖异生、磷酸戊糖途径(PPP)和脂肪酸β-氧化，加速淀粉等储能物质分解为可溶性糖；在氧化还原调控方面，HC诱导2-烯醛还原酶等抗氧化酶表达，平衡活性氧(ROS)水平；在细胞结构重塑方面，HC促进细胞壁水解酶和胞间连丝相关蛋白表达，解除休眠芽的物理限制。特别值得注意的是，研究发现HC能直接激活光合系统，为芽萌发提供额外能量，这一发现为传统休眠打破剂的作用机制提供了新视角。

该研究首次从转录组和蛋白质组整合视角揭示了HC调控葡萄休眠解除的分子网络，不仅为果树休眠的人工调控提供了理论依据，也为应对气候变化导致的果树生产问题提供了技术思路。研究鉴定的关键基因和蛋白可作为分子标记用于葡萄品种选育，而揭示的代谢通路为开发新型休眠调节剂指明了方向。这些发现对保障我国南方葡萄产区稳产优质具有重要实践价值。