DNA双链断裂修复在引发种子长寿性中的关键作用及分子机制

这篇研究揭示了DNA双链断裂修复（DSB repair）对引发种子（primed seeds）长寿性的重要性。通过筛选拟南芥DNA修复突变体，发现dna连接酶6和4（lig6lig4）缺陷导致引发种子对衰老高度敏感。RNA测序分析表明，引发过程显著激活染色体断裂的转录响应，并在突变体中加剧程序性细胞死亡（PCD）。研究证实，增强LIG6表达可改善引发种子的抗衰老能力，为作物生产中的种子处理技术提供了分子基础。

　　

基因组维护通路对引发种子长寿性的重要性

研究团队通过系统筛选拟南芥DNA修复突变体，发现缺乏非 homologous末端连接（NHEJ）通路关键酶LIG4和替代末端连接（Alt-NHEJ）通路LIG6的双突变体lig6lig4对种子衰老表现出显著敏感性。在-0.75 MPa PEG6000渗透引发处理48小时后，突变体种子经加速衰老（35°C，83% RH，7天）后萌发活力急剧下降，证实DSB修复是维持引发种子寿命的核心机制。

自然衰老种子的转录组特征

对自然储存10年的种子进行RNA测序发现，衰老种子萌发时缺氧响应基因（如GSTU22）显著上调，同时核糖体蛋白基因表达降低。引人注目的是，引发处理使衰老种子的转录谱恢复到接近新鲜种子的状态，但特异性激活了蛋白酶体组分（如PDD1和PDE2）的表达，暗示蛋白质周转在引发过程中的关键作用。

DNA损伤响应的级联放大

通过基因集富集分析（GSEA）发现，引发后的lig6lig4突变体表现出DSB损伤响应（DDR）基因（RAD51、XRI1等）的爆发性激活，其中RAD51表达量在突变体中达到野生型的8倍。共聚焦显微镜观察更显示，突变体根尖分生组织的程序性细胞死亡（PCD）面积扩大3倍，直接证实未修复的染色体断裂是引发种子寿命缩短的主因。

LIG6过表达的拯救效应

研究团队构建了35S启动子驱动的LIG6过表达株系，其引发种子在加速衰老后仍保持85%以上的萌发率，平均萌发时间（MGT）较野生型缩短30%。该发现不仅验证了LIG6的生物学功能，更为作物遗传改良提供了具体靶标——通过增强DSB修复能力可突破引发种子存储瓶颈。

分子机制与农业应用前景

研究揭示了引发处理的双刃剑效应：一方面通过激活预萌发代谢（如蛋白酶体活性）提升萌发同步性，另一方面因部分丧失脱水耐受性导致DSB累积。该发现为优化种子引发工艺提供了明确方向，建议结合DNA修复增强策略（如LIG6表达调控）来平衡萌发活力与存储稳定性，这对气候变化下的可持续农业生产具有重要实践价值。