油茶叶果比对木质素与黄酮生物合成分子调控机制的影响研究

为解决油茶(Camellia oleifera)因叶果比失衡导致的"大小年"现象和果实品质下降问题，中南林业科技大学团队通过生理指标测定与转录组分析，揭示低叶果比(9:1)会激活苯丙烷代谢通路(PAL/4CL/CCR等基因上调)，促进木质素和类黄酮合成，为油茶栽培管理提供分子调控依据。

　　

油茶作为我国四大木本油料作物之一，其种子提炼的高品质食用油在烹饪和保健领域具有重要价值。然而在实际种植过程中，油茶树常因花果负载过高导致"大小年"现象（交替结果现象）——当年高产会抑制次年花芽分化，造成产量波动。更严重的是，过高的果实负载会打破植物"源-库"平衡（source-sink relationship），使作为"库"（sink）的果实过度消耗叶片"源"（source）的光合产物，最终导致果实品质下降、叶片黄化等系列问题。中南林业科技大学团队前期已筛选出5年生'华鑫'油茶的最适叶果比，但分子调控机制尚不明确。为此，该团队通过生理指标与转录组测序相结合的方法，揭示了不同叶果比对油茶分子调控网络的影响，研究成果发表在《BMC Plant Biology》。

研究采用四种处理：无果对照（CK）、高叶果比36:1（LFL）、中叶果比18:1（MFL）、低叶果比9:1（HFL），每组25株5年生'华鑫'油茶。关键技术包括：①叶片解剖结构与叶绿体观察（激光共聚焦显微镜）；②生理指标测定（MDA含量、淀粉含量等）；③RNA-seq转录组测序（Illumina NovaSeq平台）；④差异基因功能注释（GO/KEGG分析）；⑤加权基因共表达网络分析（WGCNA）。

研究结果显示：

1. 生长状态观察：HFL处理组春梢生长受抑制，无夏秋梢，叶片黄化显著；CK组则保持旺盛生长（图2）。
2. 生理指标变化：HFL组叶绿体含量降低5.82%，淀粉积累增加14.34%，MDA（丙二醛）含量显著升高（图3），表明低叶果比引发氧化应激。
3. 转录组分析：HFL_vs_CK组差异基因最多（1415个），46个基因在三组比较中持续上调（表1）。KEGG富集显示"苯丙烷生物合成"通路显著激活（图5F）。
4. 木质素合成调控：PAL（苯丙氨酸解氨酶）、4CL（4-香豆酸辅酶A连接酶）、CCR（肉桂酰-CoA还原酶）等21个基因表达上调，促进木质素沉积（图7）。
5. 黄酮合成通路：CAFF（咖啡酸3-O-甲基转移酶）上调而DFR（二氢黄酮醇4-还原酶）下调，影响儿茶素和花青素合成（图8）。
6. 转录因子分析：WRKY和AP2/ERF家族（尤其是WRKY）在HFL组表达显著增强，参与胁迫响应（图6）。

讨论部分指出，低叶果比（9:1）会导致：①光合产物向果实过度分配，引发叶片淀粉积累和叶绿体损伤；②激活苯丙烷代谢通路，通过木质素增厚细胞壁应对胁迫，但会限制叶细胞扩展；③WRKY等转录因子介导的防御反应可能抑制正常生长。该研究首次从分子层面阐明叶果比影响油茶生长的双重机制——既通过源库竞争影响光合产物分配，又通过激活次生代谢通路改变植物防御状态，为油茶精准栽培（如疏花疏果时机选择）提供了理论依据。未来可进一步探究叶果比与光合效率的动态关系，以及木质素沉积对叶片衰老的具体影响。