草莓DAM4基因表达与半休眠解除期营养生长的负相关性研究及其调控机制解析

本研究针对栽培草莓(Fragaria × ananassa)半休眠调控机制的关键科学问题，通过分析DAM3/DAM4基因表达模式与营养生长的动态关系，揭示了DAM4作为半休眠调控核心因子的作用。研究人员采用光周期调控与低温处理相结合的方法，系统比较了四个不同冷需求品种的形态学、生理学特征与基因表达特征，首次证实DAM4表达水平可解释高达85%的营养生长变异，为草莓季节性二态性调控提供了分子靶点。该成果对优化设施草莓生产管理具有重要指导意义，发表于《Planta》。

在温带气候区，多年生植物如何适应季节性环境变化一直是植物发育生物学的研究热点。草莓作为典型的多年生蔷薇科作物，其独特的"半休眠"现象引起学者关注——冬季虽不停止分生组织活动，但会形成叶片变小、叶柄缩短、叶绿素含量升高的"冬季型"叶片。这种季节性二态性(seasonal dimorphism)使植株能在寒冷条件下维持基本生理活动，但具体调控机制尚不明确。此前研究发现DORMANCY-ASSOCIATED MADS-BOX(DAM)基因家族可能参与这一过程，但基因功能与表型变化的定量关系缺乏实验证据。

荷兰瓦赫宁根大学(Wageningen University & Research)的Stephan David团队在《Planta》发表的研究，通过多维度实验设计破解了这一难题。研究人员选取'Elsanta'（高冷需求）和'Fandango'（低冷需求）等四个栽培草莓品种，设置短日照(12h)和远红光延长(16h)处理诱导半休眠，再通过2°C低温处理模拟休眠解除过程。采用qRT-PCR技术动态监测DAM1-4基因表达，同步记录叶面积、叶柄长度等18项形态生理指标，首次建立了基因表达与表型特征的定量关系模型。

关键技术包括：1）光周期精确控制系统（短日照与远红光延长处理）；2）4℃黑暗条件下的低温处理；3）叶形态数字化测量（叶面积计算模型）；4）多时间点采样策略（11个时间点覆盖诱导-维持-解除全过程）；5）双参考基因(FaDBP/FaMSI)标准化的qRT-PCR分析。

【DAM表达与半休眠的关联性】

通过对比短日照与远红光延长处理发现，两种条件下DAM3/DAM4表达均随处理时间延长而升高，同时伴随叶面积减少35-40%、叶柄缩短50%的典型冬季表型。值得注意的是，当低温处理积累达552小时后，DAM4表达急剧下降至基线水平，此时新生叶片恢复夏季形态，证实低温通过抑制DAM4表达解除半休眠。

【品种冷需求差异的分子基础】

比较四个品种发现，虽然'Fandango'(700h)比'Elsanta'(1300h)更快恢复生长，但DAM3/DAM4表达模式无显著差异。低温响应阈值分析显示，所有品种均需超过552小时冷积温才能显著降低DAM4表达，表明品种间"冷需求"差异实际反映的是基础生长势差异而非休眠调控机制不同。

【叶片类型的表达特征】

冬季叶与夏季叶的对比实验推翻了前期假设：除'Elsanta'冬季叶DAM4表达略高外，DAM1-4在两类叶片中无稳定差异。这一发现提示DAM基因主要调控全株生理状态，而非特定叶型的发育决定。

该研究通过创新性的实验设计破解了三个关键科学问题：首先证实DAM4是草莓半休眠的核心调控因子，其表达水平可解释80%以上的营养生长变异；其次阐明品种冷需求差异本质是生长势参数不同；最后修正了关于DAM基因组织特异性表达的认知。这些发现为草莓设施栽培的光温调控提供了分子靶点，建立的DAM4表达-生长势定量模型可精准预测休眠解除状态，对实现反季节草莓的智能化生产具有重要应用价值。研究还提出了新的科学问题：DAM3/DAM4如何整合光周期与低温信号？其下游调控网络有哪些关键组分？这些都将成为后续研究的方向。