WmABF1-1-WmMYB111模块通过整合调控ABA生物合成、叶绿素降解和氮转运驱动百岁兰叶片衰老的分子机制

本研究揭示了百岁兰（Welwitschia mirabilis）叶片衰老的核心调控模块WmABF1-1-WmMYB111，该模块通过整合调控脱落酸（ABA）生物合成基因（WmNCED6/9）、衰老相关基因（WmSENs）、叶绿素降解基因（WmPAOs）和氮转运基因（WmNRTs），形成ABA-WmABF1-1-WmMYB111级联通路，首次在裸子植物中阐明了ABA积累与氮利用效率（NUE）的分子关联，为极端环境下植物生存策略提供新见解。

　　

百岁兰叶片衰老的独特模式

作为裸子植物中的活化石，百岁兰以其仅有的两片终生生长的叶片在纳米布沙漠存活数千年。与典型植物叶片从尖端向基部衰老的模式不同，百岁兰的衰老仅局限于叶尖区域。通过划分叶片内部S1-S6发育阶段，研究发现衰老区域（S6）的ABA含量骤增，电解质渗漏率上升而叶绿素含量下降，同时衰老诱导型WmNCED6/9、WmSEN1/2和WmPAO1-1/2-1基因显著高表达。值得注意的是，新生叶段（S1）的高ABA水平可能与组织初始生长相关，而非衰老信号。

WmNCEDs驱动衰老的核心作用

通过病毒诱导基因沉默（VIGS）技术，沉默WmNCED6或WmNCED9可显著延缓百岁兰叶盘衰老，表现为ABA含量降低、叶绿素保留以及下游WmSENs/WmPAOs表达抑制。相反，在拟南芥中过表达这两个基因能促进早花和叶片早衰，证实其在跨物种中的功能保守性。亚细胞定位显示WmNCED6/9定位于叶绿体，与其在ABA生物合成途径中的酶学功能相符。

WmMYB111的枢纽调控功能

基于启动子顺式元件分析，研究锁定R2R3-MYB转录因子WmMYB111（W.mirabilis.18177）为关键调控因子。该基因在衰老叶段高表达且受ABA诱导，其沉默可延缓衰老并抑制WmNCEDs/WmSENs/WmPAOs的表达。染色质免疫沉淀（ChIP-qPCR）和电泳迁移率实验（EMSA）证实WmMYB111直接结合这些基因启动子的MYB结合位点（MBS）。在拟南芥中过表达WmMYB111同样引发早衰表型，而AtMYB111的过表达实验验证了该调控模块的进化保守性。

ABA信号通路的级联放大

研究鉴定到ABA信号核心组分WmABF1-1（W.mirabilis.09338），其不仅能直接激活WmMYB111表达，还能与WmMYB111蛋白互作形成复合体。双荧光素酶报告系统显示，二者协同增强对WmSEN1/WmPAO1-1等靶基因的转录激活。遗传互补实验表明，在abf1突变体中回补WmMYB111可恢复早衰表型，证实WmABF1-1位于WmMYB111上游的调控层级。

氮循环与衰老的代谢耦合

在衰老过渡区（叶段"3"）观察到氮含量骤降，伴随WmNRT1.7a/WmNRT2.5表达激增。低氮条件加速衰老，而过表达WmABF1-1/WmMYB111会促进氮从叶片向种子转运。分子实验揭示二者直接结合WmNRTs启动子的ABS/MBS元件，形成ABA-衰老-氮再分配调控轴。在拟南芥中，转基因植株叶片氮含量降低而种子氮积累增加，印证该模块对氮利用效率（NUE）的优化作用。

极端环境适应的进化意义

研究首次绘制了裸子植物中ABA介导的衰老调控网络，揭示WmABF1-1-WmMYB111模块通过整合激素信号（ABA）、细胞程序性死亡（SAGs）、光合器官解体（PAOs）和营养再循环（NRTs）的多维调控机制。这种精准的时空调控模式可能是百岁兰在干旱贫瘠环境中实现千年生存的关键策略，为作物抗逆改良提供新靶点。