光信号-激素动态-碳水化合物代谢协同调控芦竹根茎芽发育的分子机制

为解决根茎芽分化发育调控机制不明的问题，研究人员通过细胞学观察和RNA测序技术，系统研究了芦竹(Arundo donax)根茎芽发育过程中光信号(PHYA)、激素动态(IAA/CTK通路)和碳水化合物代谢的协同调控网络，揭示了远红光通过激活PHYA促进预备根茎芽(PR)起始，IAA(TIR1/ARF)和CTK(AHK/AHP/A-ARR)信号协同促进细胞分裂分化，淀粉降解提供葡萄糖能量，细胞周期调控因子(CYCD/CDK2)驱动发育的关键机制，为无性繁殖作物改良提供理论依据。

　　

在根茎类植物的无性繁殖过程中，那些潜伏在根茎节段上的小芽蕴藏着发育成完整植株的奥秘。科研人员以能源植物芦竹(Arundo donax)为研究对象，像侦探般追踪了根茎芽从潜伏到萌发的全过程。

显微镜下的细胞学观察发现，这些神奇的芽体是从根茎内部结构逐渐向外延伸形成的。当预备根茎芽(PR)开始启动时，远红光受体PHYA和光合系统相关基因突然"活跃起来"，就像接收到特定波长的启动密码。与此同时，植物激素大军也开始行动：生长素(IAA)信号通路中的运输抑制蛋白TIR1和响应因子ARF显著上调，而细胞分裂素(CTK)信号部队也不甘示弱——细胞分裂素受体AHK、含组氨酸磷酸转运蛋白AHP和A型拟南芥响应调节因子A-ARR纷纷响应，只有B型响应调节因子B-ARR悄悄"偃旗息鼓"。

这场发育盛宴还需要充足的能量供应。淀粉降解相关基因的活跃表达，将储存的多糖转化为葡萄糖，为细胞活动提供能量货币。而细胞周期调控因子D型周期蛋白CYCD和周期蛋白依赖性激酶CDK2的强势登场，则像交响乐的指挥棒，精准调控着细胞分裂与分化的节奏。

这项研究描绘了一幅多维调控网络图谱：远红光信号是发育的启动开关，IAA和CTK激素像精准的化学信使，碳水化合物代谢提供能量支持，细胞周期调控因子则掌控着发育进程的节奏。这些发现不仅揭示了芦竹根茎芽发育的分子奥秘，更为其他无性繁殖作物的遗传改良提供了重要理论依据。