CrCUL11通过激素-抗氧化双通路调控山茶不定芽分化的分子机制

为解决山茶(Camellia reticulata)离体再生技术难题，西南林业大学团队揭示了CrCUL11基因通过调控生长素(IBA)/细胞分裂素(6-BA)平衡和氧化还原稳态(AsA/GSH/ROS)双重通路促进不定芽分化的分子机制。该研究通过烟草异源转化和光质调控实验，发现0.20 mg/L IBA+1.00 mg/L 6-BA培养基或蓝红光(2:1)处理可显著提升再生效率，为木本植物离体培养提供了新策略。

　　

山茶作为具有1500年栽培历史的传统观赏植物，其规模化繁殖却长期受制于传统育种周期长、生根率低等技术瓶颈。尤其在全球气候变化背景下，山茶面临日益严峻的环境胁迫，亟需建立高效的离体再生体系。然而，山茶愈伤组织存在分化迟缓甚至失败的关键难题，其分子机制始终未被阐明。

西南林业大学园林园艺学院的研究团队从激素-抗氧化互作这一新颖视角切入，发现CULLIN家族基因CrCUL11在调控山茶不定芽分化中发挥核心作用。通过烟草异源转化体系结合多组学分析，首次揭示该基因通过"激素平衡-氧化还原稳态"双网络协调器官再生的分子机制，相关成果发表于园艺学权威期刊《Scientia Horticulturae》。

研究采用三大关键技术：1) 基于农杆菌GV3101介导的烟草遗传转化体系筛选高表达株系；2) 建立IBA/6-BA浓度梯度(0.10-0.20 mg/L)和光质(红/蓝光比例2:1)调控的离体培养系统；3) 整合qPCR、ELISA和NBT染色技术定量分析激素含量(auxin/cytokinin)与氧化指标(AsA/GSH/ROS)。

【3.1 转录组与生物信息学分析】
通过同源比对发现CrCUL11与拟南芥AtCUL11同源性达50.78%，系统进化分析证实其属于CULLIN-RING E3泛素连接酶(CRLs)家族，可介导AUX/IAA蛋白降解。

【3.3 转基因愈伤再生观察】
过表达株系OE80的愈伤组织5天即分化不定根(0.1 cm)，50天后不定芽密度较野生型提高3倍，证实CrCUL11显著提升再生能力。

【3.5 激素与抗氧化分析】
转基因株系中生长素相关基因NtGH3.3/NtSAUR表达上调3-5倍，而细胞分裂素信号基因NtARR5/NtCRE1下调2-3倍。同时AsA含量提升2.11倍，ROS降低14%，揭示其通过协调激素平衡与氧化还原稳态促进再生。

【3.8 光质调控效应】
蓝红光(2:1)处理使野生型愈伤组织由浅绿转为亮绿色，CrCUL11表达量较白光对照提高3.85倍，证实光信号通过影响内源激素水平优化再生效率。

该研究创新性提出CrCUL11的双重调控网络模型：一方面通过SCF^CrCUL11复合体降解AUX/IAA释放ARF转录因子，激活WOX/YUCCA等基因表达；另一方面促进AsA-GSH循环清除ROS，为细胞重编程创造微环境。这一发现不仅破解了山茶再生障碍的分子谜题，更为蔷薇科等木本植物的离体快繁提供了普适性策略。

特别值得注意的是，研究提出的0.20 mg/L IBA+1.00 mg/L 6-BA培养基配方和蓝红光调控方案，可直接应用于山茶工厂化育苗，相较传统方法使再生周期缩短40%。未来通过CRISPR/Cas9编辑CrCUL11启动子区，有望培育出高再生性山茶新种质，为保护濒危茶花种质资源提供关键技术支撑。