BnaC04.NST1–BnaA10.COMT通路增强甘蓝型油菜茎秆抗倒伏性的机制研究及其育种应用价值

本研究针对甘蓝型油菜茎秆倒伏导致减产降质的问题，通过田间性状评估与转录组分析，揭示茎秆折断强度与木质部发育及细胞壁组分（木质素、纤维素、半纤维素）的关联，首次发现BnaC04.NST1–BnaA10.COMT通路通过调控次生细胞壁形成增强抗倒伏性，为油菜抗倒伏育种提供分子靶点。

　　

在全球植物油供给中占据重要地位的甘蓝型油菜（Brassica napus），常年因茎秆倒伏导致产量与品质显著下降。茎秆倒伏作为其主要倒伏形式，已成为制约油菜生产稳定性的关键因素。然而，长期以来，人们对茎秆倒伏相关的农艺性状及其内在分子机制的认识仍较为有限，缺乏有效的育种改良靶点。

为系统解析甘蓝型油菜茎秆抗倒伏机制，来自西北农林科技大学的研究团队通过对158份甘蓝型油菜种质进行两年田间评估，发现茎秆折断强度（stem-breaking strength）与茎秆倒伏角度呈高度相关，可作为预测茎秆抗倒伏性的核心指标。进一步选取茎秆折断强度差异显著的两个品种“Sy28”（高强度）和“Gl210”（低强度）进行对比分析，发现高强度材料茎秆中木质部区域、束间纤维面积显著增大，且木质素（lignin）、纤维素（cellulose）和半纤维素（hemicellulose）含量明显升高。

通过转录组测序（RNA-seq）技术，研究人员鉴定出一批与茎秆折断强度相关的基因，这些基因主要参与形成层活性、木质素/纤维素/半纤维素生物合成以及次生细胞壁形成的转录调控过程。尤为重要的是，该研究首次揭示BnaC04.NST1–BnaA10.COMT通路是调控茎秆折断强度的核心分子模块。BnaC04.NST1（NAC Secondary Wall Thickening Promoting Factor 1）作为上游转录因子，直接调控BnaA10.COMT（Caffeic Acid O-Methyltransferase）的表达，进而影响木质素合成与积累，最终调控木质部和束间纤维的发育，增强茎秆机械强度。

该研究不仅深化了对甘蓝型油菜茎秆抗倒伏机制的理解，还为作物抗倒伏分子育种提供了关键基因与通路靶点。相关成果发表于《Journal of Integrative Agriculture》，对油菜乃至其他禾谷类作物的抗倒伏品种选育具有重要参考价值。

关键技术方法包括：对158份甘蓝型油菜种质进行两年田间性状评估；选取茎秆折断强度差异品种进行解剖结构与细胞壁组分（木质素、纤维素、半纤维素）比较；转录组测序（RNA-seq）与差异表达基因分析；分子通路验证与调控机制解析。

Stem-breaking strength constitutes the principal predictor of stem lodging

通过两年田间试验明确茎秆折断强度与倒伏角度显著相关，确立其为核心评价指标。

Enhanced stem-breaking strength correlates with improved anatomical traits and cell wall composition

高强度材料表现出更大的木质部与束间纤维面积，以及更高含量的木质素、纤维素和半纤维素。

Transcriptome analysis identifies stem-breaking strength associated genes

RNA-seq分析揭示差异基因主要富集于形成层活动、细胞壁组分生物合成和次生细胞壁形成调控通路。

The BnaC04.NST1–BnaA10.COMT pathway is a key regulator of stem-breaking strength

BnaC04.NST1通过激活BnaA10.COMT表达促进木质素积累与纤维发育，从而增强茎秆机械强度。

研究结论表明，茎秆折断强度是甘蓝型油菜抗倒伏性的可靠指标，其受到BnaC04.NST1–BnaA10.COMT通路的直接调控。该通路通过促进次生细胞壁增厚与木质素沉积，显著提升茎秆抗折性能。该发现不仅为理解作物抗倒伏分子机制提供新视角，也为油菜抗倒伏分子设计育种奠定了理论基础。