解析葡萄萌芽早熟性：单节插条基因表达分析揭示关键调控机制

《Planta》：Modeling budbreak precocity in grapevine: insights from comparative gene expression analysis in single-node cuttings

为解决全球变暖下葡萄萌芽监测困难及相关分子机制不明的问题，研究人员以赤霞珠（Cabernet Sauvignon）和霞多丽（Chardonnay）单节插条为材料开展葡萄萌芽研究。结果表明单节插条可有效研究萌芽时间，还发现 ABA、VviFT 等关键调控因子。该研究为葡萄萌芽研究提供新方向。

　　在全球气候变暖的大背景下，葡萄种植面临着诸多挑战。温度升高不仅加速了植物的生长发育，使得休眠芽过早地丧失抗寒能力，还增加了春季晚霜对葡萄芽造成损害的风险。然而，目前对于葡萄芽休眠调控的分子机制了解甚少，而且在田间监测葡萄芽的萌发过程十分困难，这是因为环境因素的影响极大，不同季节的条件差异很大，且需要持续观察数月才能获取有效的数据。为了深入探究葡萄芽休眠的调控机制，来自意大利乌迪内大学（University of Udine）的研究人员开展了相关研究。他们的研究成果发表在《Planta》杂志上，为该领域的进一步研究提供了重要的理论依据。

研究人员主要运用了以下几种关键技术方法：首先，通过视觉观察和差示热分析（DTA）来监测葡萄芽的表型变化和脱驯化进程；其次，利用 RNA 提取和总 RNA 测序技术，对不同发育阶段的葡萄芽进行转录组分析；此外，还采用了 qRT-PCR 技术对特定基因的表达进行验证。

研究结果如下：

• 表型发育：通过对赤霞珠和霞多丽单节插条的表型监测发现，霞多丽的萌芽进程明显快于赤霞珠。在实验的第 3 天，霞多丽的芽已进入膨大期，部分甚至进入绒毛期；而赤霞珠的芽在第 10 天才有较多进入绒毛期，且此时没有芽达到完全萌芽阶段。
• 冷驯化监测：DTA 结果显示，赤霞珠的低温放热（LTEs）在实验开始后的前两个时间点保持稳定，从第 3 天开始向较低负值变化，表明其脱驯化从第 4 天开始；而霞多丽的 LTEs 在整个实验过程中没有变化，说明其在实验开始时已经完成脱驯化。
• 差异基因表达：主成分分析（PCA）表明，两个品种在转录组水平上存在差异，且在实验早期基因表达变化较大，后期两个品种的转录组逐渐趋同。k-means 聚类分析发现，两个品种中都存在一些基因表达趋势相似但峰值出现时间不同的基因簇，这可能反映了品种特异性的转录重编程和生理反应差异。
• 比较基因表达：通过对基因表达的比较分析发现，两个品种在基因表达动态上既有相似之处，也存在差异。例如，在基因本体（GO）富集分析中，霞多丽组 2 的基因主要与水、缺氧和激素刺激的响应相关，而赤霞珠组 2 的基因则主要与蛋白质分解代谢过程有关；两个品种组 3 的基因都与蛋白质合成和折叠等过程相关，但也存在一些独特的术语。
• 休眠相关基因表达：研究人员对一些与休眠相关的基因进行了分析，发现 VviNCED₆在赤霞珠中的表达水平在实验初期较高，之后两个品种的表达均下降；VviSVP₂和 VviDRM₁在两个品种中的表达均呈下降趋势，但下降幅度和速度有所不同；VviFT 在霞多丽中的表达在实验过程中逐渐升高，在第 7 天达到峰值，而在赤霞珠中则保持相对稳定，在第 10 天有轻微上升。

研究结论和讨论部分指出，单节插条模型在研究葡萄芽休眠和萌芽方面是有效的，能够排除环境变量的影响，区分通用的调控机制和特定品种的调控机制。研究发现，虽然不同品种的葡萄芽在萌芽过程中涉及相同的生物学过程，但它们的调控存在差异，这可能反映了品种特异性的休眠解除时间。ABA 生物合成的抑制对葡萄芽的生长恢复和萌芽起着重要作用，VviSVP₂、VviFT 和 VviDRM₁等基因可能在 ABA 信号通路的下游发挥作用，其中 VviSVP₂和 VviDRM₁可能是休眠解除的抑制因子，而 VviFT 则可能在萌芽过程中起触发作用。此外，研究还发现 VviFT 的激活并不完全依赖于 VviSVP 的下调，表明还有其他品种特异性因素参与其中。该研究增强了人们对葡萄芽休眠调控网络的理解，为进一步研究葡萄芽的休眠和萌芽机制提供了可靠的方法和理论基础，有助于培育更适应气候变化的葡萄品种，对葡萄种植业的可持续发展具有重要意义。