油料作物杏仁休眠期氨基酸与黄酮代谢诱导抗冻性的分子机制解析

为解决新疆地区杏仁冬季冻害问题，研究人员通过整合生理学、转录组学和广泛靶向代谢组学技术，系统研究了"晚丰"杏仁休眠枝条在-5°C至-30°C低温胁迫下的响应机制。研究发现MAPK信号通路和ABC转运蛋白生物合成通路显著富集，鉴定出MEE14、XERICO等枢纽基因，揭示了氨基酸代谢和黄酮代谢通过维持细胞膜完整性和清除过氧化物增强植物抗冻性的分子机制，为培育抗寒杏仁品种提供了新思路。

　　

在新疆广袤的果园里，杏仁作为重要的油料经济作物，每年冬季都要面临严寒的考验。极端低温常导致大面积冻害和树木死亡，严重制约着当地杏仁产业的发展。传统育种方法难以快速培育抗寒品种，其根本原因在于人们对杏仁抗冻分子机制的认识仍存在大量空白。特别是对于当地主栽品种"晚丰"杏仁，虽然已知其具有突出的抗寒性和经济价值，但休眠期应对冻害的调控机制始终未能阐明。

新疆农业科学院的研究团队在《Industrial Crops and Products》发表的最新研究，通过多组学联合分析揭开了这一谜题。研究人员选取一年生休眠枝条为材料，设置-5°C至-30°C共6个温度梯度，采用生理指标测定结合RNA-seq和LC-MS/MS技术，系统解析了杏仁应对冻害的分子机制。

关键技术包括：测定电解质渗漏指数(ELI)等7项生理指标；基于Illumina HiSeq 2500平台进行转录组测序，使用"Texas"杏仁参考基因组进行比对；应用QTRAP 6500系统开展广泛靶向代谢组检测；通过WGCNA构建基因共表达网络。

生理响应特征显示：当温度低于-25°C时ELI急剧上升，-20°C处理时可溶性糖、可溶性蛋白含量及POD、SOD活性达到峰值，表明-20°C至-25°C是"晚丰"杏仁的耐受临界点。

转录组分析发现：MAPK信号通路和ABC转运蛋白生物合成通路显著富集；鉴定出1130个共有差异基因，其中氨基酸代谢和黄酮代谢相关基因表达变化最为显著。

WGCNA网络构建：划分出4个具有生物学意义的模块，确定MEE14、XERICO、TOGT1、YUC1、GATL1和TL1等枢纽基因，其中AP2-EREBP、bHLH、NAC和WRKY是响应冻害的主要转录因子。

代谢组学揭示：-25°C处理下γ-氨基丁酸(GABA)含量显著增加，α-亚麻酸和L-精氨酸持续积累，而黄酮类物质含量降低，表明氨基酸代谢和黄酮代谢在抗冻过程中发挥协同作用。

联合分析表明：AOC、BAM1、NIA1等基因与差异代谢物存在强相关性，共同构成氨基酸和黄酮代谢网络。精氨酸、鸟氨酸和谷氨酸在GABA和脯氨酸合成中起关键作用，苯丙氨酸代谢为黄酮合成提供反应底物。

这项研究首次系统阐明了杏仁休眠期抗冻的分子机制，发现氨基酸代谢和黄酮代谢是"晚丰"杏仁应对冻害的关键代谢途径。研究不仅为理解木本植物抗寒性提供了新视角，更为分子育种提供了重要靶点基因。特别值得注意的是，-20°C至-25°C临界温度的确定，为新疆地区杏仁冬季防护提供了精准的温度预警指标。未来研究可进一步验证枢纽基因功能，开发分子标记辅助育种体系，推动抗寒杏仁品种的选育进程。