紫苏种子脱水耐受性获得机制：ABA-GA拮抗与模块化基因网络的协同调控

本研究首次系统揭示了紫苏(Perilla frutescens)种子发育过程中脱水耐受性(DT)获得的动态机制，通过多组学分析鉴定出MEcoral（膜稳态模块）和MElavenderblush2（脱水响应模块）两个核心调控模块，发现BBX家族基因作为ABA信号、热应激和光信号通路的整合枢纽，为作物抗逆遗传改良提供新靶点。

　　

紫苏种子脱水耐受性的分子机制与生理调控网络

引言
紫苏作为富含ω-3油脂和生物活性成分的重要经济作物，其种子贮藏性和萌发性能较差的问题制约产业发展。脱水耐受性(DT)是种子成熟过程中获得的关键生理特性，但紫苏种子DT获得的分子机制尚未阐明。本研究通过整合生理测定与转录组分析，首次系统解析了紫苏种子发育过程中DT建立的动态调控网络。

材料与方法
实验选用紫苏品种"紫苏1号"，在开花后7-32天设置6个发育阶段(D7-D32)取样。采用显微观察、千粒重测定、萌发活力检测等方法表征种子表型变化，通过ELISA和生化试剂盒检测ABA、GA₃、抗氧化酶(SOD/CAT/POD)活性及ROS(H₂O₂/O₂^-)水平。基于Illumina平台进行转录组测序，利用WGCNA构建共表达网络，筛选核心模块与枢纽基因。

结果
关键发育窗口的确定
形态学分析显示D17-D27为DT获得关键期：种子含水量从D17的75%骤降至D27的35%，同期干物质持续积累；组织切片显示D17时胚轴分生组织完全分化，贮藏物质积累达峰。萌发实验证实D27种子活力指数(VI)最高达5.91±0.20，此时发芽率95.75%，表明完成DT获得。

生理代谢动态
抗氧化系统呈现阶段性变化：SOD活性在D17-D27上升3.2倍，与H₂O₂含量峰值(D22)呈负相关。可溶性糖含量在D27达到峰值(28.7 mg/g)，其中蔗糖占比超80%，而果糖/葡萄糖在DT获得期显著降低。激素检测显示ABA在D27-D32激增4.5倍，与GA含量(r=-0.93)呈显著拮抗。

转录组调控特征
共鉴定14,040个差异表达基因(DEGs)，WGCNA分析揭示：

1. MEcoral模块(1,736基因)与ABA、蔗糖含量正相关，富集于内质网蛋白加工(ko04141)和甘油酯代谢(ko00561)，核心基因ABI5与LEA蛋白共表达；
2. MElavenderblush2模块(7,623基因)与GA、单糖含量相关，主导光合碳固定(ko00710)和淀粉代谢(ko00500)，枢纽基因MADS3调控细胞壁重塑基因XTH表达。

核心调控网络
BBX家族基因展现跨模块调控特性：BBX22通过连接hsp16.9A与HSF30，整合ABA和热激信号；BBX32则与MADS3形成反馈环路，协调GA信号与光响应。qPCR验证显示ABI5在D27表达量较D17升高8.3倍，与ABA积累趋势一致。

讨论
ABA-GA拮抗的生理意义
发育早期GA通过降解DELLA蛋白激活PIF3/4，促进细胞扩张；后期ABA通过PYR/PYL-SnRK2-ABI5级联诱导LEA表达，这种时序性调控确保DT有序获得。蔗糖作为信号分子激活NCED基因，正反馈促进ABA合成，形成"糖-ABA"协同调控轴。

BBX家族的枢纽作用
不同于拟南芥中BBX21抑制ABI5的报道，紫苏BBX22表现出双重功能：既通过HSF30增强热耐受，又通过ABI5激活渗透保护基因。这种物种特异性调控模式可能是紫苏适应干旱环境的分子基础。

应用前景
本研究建立的"膜稳态-能量供应-氧化平衡"三位一体DT模型，为作物抗逆育种提供新思路。特别是BBX22-MADS3调控模块的发现，为创制兼具高产与耐贮性的紫苏新品种奠定理论基础。后续可通过CRISPR靶向编辑验证这些关键基因的功能。