《Nature Communications》：Variable temperature processing by plasmodesmata regulates robust bud dormancy release
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本研究揭示了多年生植物如何利用变温环境中的“暖峰”信号，而非单纯累积低温时长，来精准调控芽休眠解除。研究人员发现，暖峰通过抑制FT1（FLOWERING LOCUS T）表达和赤霉素（GA）通路，阻止胞间连丝（PD）处胼胝质降解，从而维持PD关闭状态并抑制休眠解除。该机制阐明了树木通过动态调控细胞间通讯实现季节性适应的新策略，对理解气候变化下植物物候响应具有重要意义。
在北半球广袤的温带和寒带森林中，树木每年都需要面对剧烈的季节性温度变化。为了在严冬中生存，多年生木本植物进化出了一套精妙的生存策略——进入休眠状态。就像动物冬眠一样，树木的芽也会进入一种生长停滞的“深度睡眠”，直到来年春天适宜的条件出现才重新萌发。这种休眠机制能有效保护娇嫩的芽组织免受冬季冻害，但同时也带来了一个关键问题：芽如何准确判断冬季何时结束、春天何时到来？
传统观点认为，树木主要通过累积“冷量”（即低温持续时间）来感知冬季进程，一旦达到某个低温阈值，休眠便被解除。然而，自然界中的温度变化远非稳定不变，冬季的低温常被短暂的温暖天气（称为“暖峰”）打断。这就提出了一个长期悬而未决的科学问题：在如此波动的温度环境下，芽如何区分短暂的低温中断和真正的冬季结束，从而避免在暖峰误导下过早萌发、遭遇致命春冻？
近日发表在《Nature Communications》的一项研究为这一谜题提供了全新答案。由瑞典农业科学大学Rishikesh P. Bhalerao团队领衔的国际合作研究表明，芽并非简单地累积低温时长，而是主动利用暖峰作为关键信号，通过动态调控胞间连丝（plasmodesmata，PD）的开闭状态来整合变温信息，从而确保休眠释放的稳健时序。
为探究芽如何处理变温信号，研究人员以杂交杨树（无性系T89）为模型，设计了一套巧妙的温度处理方案。在诱导芽进入深度休眠后，一组芽接受持续低温（4°C）处理，另一组则接受变温处理（每日20小时低温+4小时暖峰）。关键设计在于，变温组通过延长处理时间，使其接收的总低温时长与持续低温组完全相同。结果令人惊讶：尽管低温总时长相等，但持续低温处理4周后所有芽均能萌发，而变温处理下的芽却全部保持休眠状态。这表明，芽并非简单累积低温，而是能够区分持续低温与被打断的低温，暖峰的存在显著抑制了休眠解除。
那么，暖峰是如何传递这种抑制信号的呢？研究团队将目光投向了胞间连丝（PD）——连接植物细胞的微观通道。已知PD的通透性受胼胝质（callose）沉积调控，而低温可诱导胼胝质降解、打开PD，促进细胞间通讯和休眠解除。通过免疫金标记和电子显微镜分析，研究人员发现，持续低温确实显著降低了芽分生组织PD处的胼胝质水平，但变温处理下胼胝质水平仍维持在高位，PD保持关闭状态。
为验证PD动态是否直接参与变温信号处理，研究人员利用了一种ABA信号缺陷突变体abi1-1，其PD处于“常开”状态。有趣的是，在变温处理下，野生型芽无法萌发，而abi1-1突变体却顺利打破了休眠。这表明，一旦PD开闭调控与温度信号解偶联，暖峰的抑制效应便被克服，证明PD动态是变温处理的核心环节。
进一步机制探索发现，暖峰通过抑制两个关键因子的表达来阻止PD开放：开花位点T同源基因（FT1）和赤霉素（GA）生物合成关键酶GA20-氧化酶（GA20-oxidase）。在持续低温下，FT1和GA20-oxidase表达显著上调，而在变温条件下则被抑制。研究人员通过基因编辑、化学诱导表达系统及嫁接实验证明，FT1是低温诱导PD开放的必需且充分条件：ft1突变体在低温下无法降低胼胝质水平或解除休眠，而化学诱导FT1表达则可在无低温条件下直接触发PD开放和芽萌发。
同样，组成性高表达GA20-oxidase（GA20oxOE）以提升GA水平，也能部分克服暖峰的抑制效应。这些结果揭示了FT1和GA通路在整合温度信号、调控PD动态中的核心作用。
研究还发现了一个有趣的现象：在经历较短暖峰（2小时）的变温处理下，芽萌发时间在群体中表现出显著异质性，即不同芽的萌发时间点分布很广。这种变异在经典生态学中被称为“风险对冲”（bet-hedging）策略，能提高群体在不可预测环境（如春季倒春寒）中的生存几率。而PD常开的abi1-1突变体则表现出高度同步化的萌发时序，异质性大幅降低，提示PD介导的细胞间通讯可能是产生这种适应性的重要机制。
本研究的关键技术方法包括：利用杂交杨树休眠芽模型进行可控温度处理（恒定低温与变温）；通过免疫荧光与免疫金标记结合透射电镜（TEM）定量分析PD超微结构及胼胝质分布；采用qRT-PCR分析基因表达；构建并利用FT1化学诱导表达系统（XVE::FT1-GFP-HA）、基因编辑突变体（ft1、abi1-1/ft1双突变）和转基因植株（GA20oxOE）进行功能验证；通过嫁接实验评估FT1移动性；开发图像分析工具对细胞水平PD参数进行自动化定量。
研究结果可归纳如下：
芽处理变温以调控休眠解除
通过等效低温时长但不同温度模式（恒定vs波动）的处理，证明芽能区分持续低温与含暖峰的间断低温，后者抑制休眠解除。
PD对温度波动产生动态响应
变温处理阻止了低温通常诱导的PD处胼胝质降解，维持PD关闭状态，而恒定低温则促进PD开放。
组成性开放的PD损害变温处理能力
PD处于“常开”状态的abi1-1突变体在变温条件下仍能打破休眠，表明PD的正常门控调控对温度信号处理至关重要。
FT1介导的PD开闭调控对变温处理至关重要
变温抑制FT1的表达上調。FT1是低温诱导胼胝质降解和PD开放所必需的，且其诱导表达足以在无低温条件下触发PD开放和休眠解除。FT1通过调控GA通路相关基因（如GA20ox）及PD相关标记基因表达发挥作用。
变温抑制GA通路这一PD调控因子
变温同样抑制GA生物合成关键基因GA20ox的表达。提升GA水平（GA20oxOE）可部分克服变温的抑制效应。
芽萌发的异质性在温度波动下增强并在abi1-1突变体中减弱
在含较短暖峰的变温条件下，野生型芽萌发时间呈现显著异质性（风险对冲策略），而abi1-1突变体的萌发则高度同步，表明PD动态调控有助于产生适应性变异。
综上所述，本研究揭示了树木芽休眠解除的一种新颖机制：其核心在于通过FT1和GA通路动态调控PD介导的细胞间通讯，从而整合环境中的变温信息（特别是暖峰信号）。
该机制确保了芽能够准确感知冬季进程，避免在秋季暖峰误导下过早解除休眠，同时通过引入萌发时间的异质性（风险对冲）增强群体对环境不确定性的适应能力。这项工作不仅阐明了多年生植物季节性生长周期稳健时序调控的细胞基础，将PD提升为环境信号整合的关键枢纽，而且为理解气候变化（如暖冬）如何通过干扰温度信号处理而影响树木物候和森林生态系统提供了重要的分子框架。
