紫竹开花诱导根茎发育异常的分子机制：激素信号通路与WRKY转录因子的调控作用

本研究针对紫竹(Phyllostachys nigra)开花后根茎发育异常的产业难题，通过解剖学、生理学和转录组学多维度分析，揭示了ABA/SA/JA激素信号通路与WRKY53/WRKY24转录因子网络协同调控的分子机制。研究人员发现开花紫竹根茎细胞分裂减少、糖分降低而衰老激素升高，过表达PnWRKY53可加速拟南芥叶片衰老。该成果为竹类植物生殖-营养生长转换机制提供新见解，发表于《Industrial Crops and Products》。

　　

竹类植物因其独特的生长特性被誉为"植物界的奇迹"，其中紫竹(Phyllostachys nigra)以其紫黑色秆茎兼具经济与观赏价值。然而这个物种面临一个世纪性难题——开花后虽不立即死亡，但营养生长严重受损，导致其作为家具和药材原料的经济价值骤降。更令人困惑的是，不同个体开花模式差异巨大：有的年年开花，有的终生不开，而幼株开花后必死，成年植株却能多次开花存活。这种开花与营养生长的复杂关系，成为制约竹产业可持续发展的关键瓶颈。

南京林业大学南方现代林业协同创新中心的研究团队通过系统的比较研究，首次揭示了紫竹开花通过激活衰老相关激素信号通路抑制根茎发育的分子机制。研究发现开花植株根茎细胞长度缩短31%、分裂相比例降低，同时ABA和SA含量显著升高而糖分储备减少。转录组分析发现WRKY53和WRKY24构成核心调控网络，拟南芥遗传验证证实PnWRKY53通过上调ABA合成基因加速衰老。该成果为解析竹类植物生殖生长转换提供了理论框架，论文发表于农林科学领域权威期刊《Industrial Crops and Products》。

研究采用多组学联用策略：通过石蜡切片和透射电镜观察细胞超微结构；利用LC-MS/MS定量21种植物激素；结合PacBio全长转录组和Illumina RNA-seq构建基因表达谱；采用农杆菌介导法获得PnWRKY53过表达拟南芥株系；使用成像-PAM系统测定叶绿素荧光参数。所有样本均取自安徽广德县地理标志产区的开花与非开花紫竹林。

【生理参数】开花紫竹根茎中ABA含量达非开花组的2.3倍，SA升高1.8倍，而IAA等生长激素降低40%。糖代谢分析显示淀粉含量减少57%，印证了"开花消耗储备"的假说。

【解剖学分析】显微观测发现非开花根茎中部节间细胞长度达开花组的1.5倍，细胞分裂相比例高32%。电镜显示开花组质体数量锐减，与糖分数据相互印证。

【转录组分析】WGCNA共鉴定14个共表达模块，其中绿色模块（含WRKY53）与衰老表型强相关。激素信号通路基因显示：生长相关基因（如ARF、GRF）在非开花组高表达，而SA/JA通路基因（如MYC2）在开花组上调10倍。

【WRKY53功能验证】系统发育分析显示PnWRKY53与水稻OsWRKY53同源。过表达株系较野生型提前7天开花，叶绿素含量降低28%，F_v/F_m值下降0.15，ABA合成基因NCED3表达量增加5.2倍。

讨论部分指出，该研究建立了"开花-激素重编程-转录调控-发育停滞"的因果关系链：1）开花触发ABA/SA/JA激素级联反应；2）WRKY53/NAC等转录因子形成正反馈放大衰老信号；3）抑制PIN和GRF等生长相关基因表达。这一发现不仅解释了紫竹开花后生长停滞的现象，更为人工调控竹类植物生命周期提供了分子靶点——通过干扰WRKY53表达或调节激素平衡，有望延长经济竹种的营养生长期。研究还发现开花组中bZIP等胁迫响应因子显著激活，支持"环境胁迫诱导开花"的理论，为竹类开花预测提供了新型生物标志物。

该研究的创新性体现在三方面：首次绘制紫竹全长转录组图谱；建立根茎衰老的量化评价体系；发现WRKY53在木本植物衰老中的保守功能。未来研究可进一步解析WRKY53下游靶基因，并开发基于CRISPR的基因编辑技术进行功能验证。这些发现对保护竹类遗传资源、指导人工林经营管理具有重要实践意义。