《Frontiers in Plant Science》：Whole-transcriptome dynamics reveal distinct regulatory networks during sugar beet vernalization
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甜菜（Beta vulgaris L.）是一种二年生作物，需要长时间低温暴露才能启动开花——这一过程称为春化。这种低温需求限制了生长季节和栽培选择。然而，在该作物中，区分春化与一般冷胁迫的分子网络仍未被充分表征。在此，研究人员对五个春化阶段（0、2、6、10和
甜菜（Beta vulgaris L.）是一种二年生作物，需要长时间低温暴露才能启动开花——这一过程称为春化。这种低温需求限制了生长季节和栽培选择。然而，在该作物中，区分春化与一般冷胁迫的分子网络仍未被充分表征。在此，研究人员对五个春化阶段（0、2、6、10和14周）进行了时间序列全转录组分析，并鉴定出3,598个仅在充分低温暴露后才特异性改变的mRNA。其中许多编码组蛋白修饰因子（包括参与组蛋白磷酸化、甲基化和乙酰化的酶）和转录因子。它们的表达模式提示一种基于染色质的调控机制，尽管这一推断源于转录本丰度而非直接染色质测量。与拟南芥中以FLC为中心的途径不同，甜菜可能采用一种推测上独特的调控逻辑：长链非编码RNA（lncRNA），如MSTRG.54931.1和MSTRG.64283.2，被预测优先与胁迫相关激酶而非花抑制因子结合，而微小RNA（miRNA）主要在早期冷阶段响应，对后期春化记忆的贡献有限。这些发现为一种非模式作物的春化提出了新的调控框架，并可能为选育耐抽薹品种奠定基础。
甜菜（Beta vulgaris L.）是重要的二年生糖料作物，在营养生长阶段于块根中积累蔗糖。在温带气候下，植物需经历冬季低温才能在春季开花，即春化（vernalization）。春化敏感性决定甜菜的生长季节和栽培选择，过早抽薹（bolting）可导致根产量降低10–20%、含糖量降低0.8–1.6%。在拟南芥（Arabidopsis thaliana）中，春化机制已被详细解析：花抑制因子FLC通过多梳抑制复合物介导的组蛋白修饰（H3K27me3、H3K9me2）被表观沉默，COOLAIR、COLDAIR和COLDWRAP等长链非编码RNA（long non-coding RNA，lncRNA）在该过程中引导染色质重塑。然而，甜菜中区分春化与一般冷胁迫的分子网络仍不清楚。已有研究鉴定出BvBTC1-BvFT1-BvFT2模块为抽薹的关键调控因子，但与拟南芥不同，甜菜中FLC同源基因BvFL1并非春化的主要效应因子。此外，非编码RNA（包括lncRNA和微小RNA（microRNA，miRNA））在甜菜春化中的角色以及组蛋白修饰动态均未被系统研究。为此，研究人员开展了本项研究以填补这些空白。
研究人员以耐抽薹甜菜品种KWS9147为材料，在春化0、2、6、10、14周五个时间点采集叶片，进行时间序列全转录组分析。共鉴定出3,598个仅在充分低温暴露后（10–14周）特异性改变的mRNA，其中446个编码核蛋白，包括组蛋白修饰酶和转录因子。通过共表达网络分析发现，MSTRG.54931.1、MSTRG.64283.2等枢纽lncRNA主要与胁迫相关激酶（BvMAPKKK1、BvYODA、BvPP2C56）和染色质修饰酶关联，而非花抑制因子；miRNA则主要在早期冷响应阶段发挥作用。研究得出甜菜可能采用与拟南芥FLC中心范式不同的调控逻辑的结论，即lncRNA介导的染色质重塑与冷信号激酶通路整合，共同建立春化记忆。该研究为理解二年生作物的春化机制提供了新框架，为选育耐抽薹品种、实现早春播种与延长秋季收获期以提高糖产量提供了候选靶点。论文发表在《Frontiers in Plant Science》。
关键技术方法方面，研究人员以耐抽薹甜菜品种KWS9147为样本来源，在4℃冷室中进行春化处理，于0、2、6、10、14周五个时间点采集幼叶。采用链特异性RNA-seq和小RNA测序，比对至RefBeet-1.2参考基因组；利用StringTie组装转录本，CPC2、CNCI、CPAT和Pfam评估编码潜能；miRDeep2鉴定miRNA，psRNATarget预测靶基因；DESeq2鉴定差异表达转录本（fold change>2，校正P<0.05）；DeepLoc预测亚细胞定位，AgriGO进行GO富集分析，PlantTFDB鉴定转录因子；LncTar与共表达分析（Spearman>0.95）预测lncRNA调控网络；qRT-PCR验证转录组数据。
研究结果如下。春化过程中的转录组重编程：RNA-seq共产生261.09 Gb clean data，比对效率为73.68%–79.93%，共鉴定出7,586个差异表达mRNA（DE-mRNA）。与0周对照相比，2、6、10、14周分别检测到2,360、3,388、5,548和5,535个DE-mRNA；其中3,598个仅在完全春化阶段（10和14周）显著改变，2,064个在两个时间点均有变化，908个上调、1,153个下调。GO富集显示这些转录本富集于转录调控、翻译和核蛋白。亚细胞定位预测表明其中446个编码核蛋白，提示可能涉及染色质介导的调控机制。
组蛋白修饰因子与转录因子：446个核编码DE-mRNA的GO分析富集到染色质组织、转录调控和DNA甲基化。鉴定出29个家族的77个转录因子，含bZIP、NAC、GRAS及开花相关的CO-like因子（Bv9_208530_ycgs）。还鉴定出参与组蛋白磷酸化的激酶（BvHaspin、BvAurora2、BvATM）、甲基转移酶（BvATX1、BvEZA1、BvATXR6）、去甲基化酶（BvJMJ18、BvJMJ706、BvLDL1）和去乙酰化酶（BvHDT1、BvHDT2），表明组蛋白修饰可能在建立春化状态中起关键作用。
转录因子结合网络：通过预测启动子结合位点，鉴定出39个差异表达转录因子与125个核编码DE-mRNA结合，形成163个调控对（相关系数>0.8），含MYB、ERF、GATA、C3H和TCP家族。其中ERF因子（Bv3_052580_wurf）与组蛋白修饰相关基因关联，MYB因子（Bv2_031880_ghua）结合细胞周期和组蛋白组织相关基因的启动子。
长链非编码RNA网络：共鉴定出5,052个lncRNA，其中345个为DE-lncRNA
