菊花耐热与热敏感品种响应高温胁迫的转录组比较分析及分子机制解析

为解决全球变暖背景下高温胁迫制约菊花生长和切花品质的关键问题，研究人员开展了耐热品种'Weinisi'与热敏感品种'Kaisahong'的生理与转录组比较研究。通过测定MDA含量、抗氧化酶活性及光合色素等指标，结合RNA-seq技术，发现耐热品种通过显著上调HSP20/40/70家族基因表达，维持更强的抗氧化防御和光合系统稳定性。该研究为菊花耐热分子育种提供了理论依据和候选基因资源。

　　

随着全球气候变暖加剧，高温胁迫已成为制约农作物生长和品质的关键因素。作为全球四大切花之一的菊花(Chrysanthemum morifolium)，其最适生长温度仅为15-25°C，高温会导致叶片畸形、生长停滞甚至植株死亡，严重制约其在园林绿化和商业花卉中的应用。然而，菊花耐热分子机制的研究仍存在大量空白，这极大限制了耐热品种的选育进程。

河南农业大学风景园林与艺术学院的研究团队在《Scientia Horticulturae》发表重要成果，通过比较耐热品种'Weinisi'和热敏感品种'Kaisahong'在42°C处理下的生理响应和转录组变化，揭示了菊花耐热的关键分子机制。研究发现耐热品种通过激活热激蛋白(HSP)家族基因和维持光合系统稳定性，构建了更完善的耐热防御网络。

研究采用电导率法测定半致死温度，通过硫代巴比妥酸法(TBA)检测丙二醛(MDA)含量，结合硝基蓝四唑(NBT)和二氨基联苯胺(DAB)染色评估活性氧积累。转录组分析采用Illumina平台测序，使用Trinity软件组装，通过DESeq2进行差异基因分析，并利用qRT-PCR验证关键基因表达模式。

3.1 生理形态响应差异
耐热品种'Weinisi'半致死温度达48.47°C，显著高于敏感品种'Kaisahong'(41.84°C)。高温处理后，'Weinisi'保持叶片挺立，而'Kaisahong'出现明显萎蔫。生理检测显示'Weinisi'的MDA含量增幅(22.16%)远低于'Kaisahong'(320.38%)，且SOD和POD活性分别提高79.20%和135.67%，表明其具有更强的膜保护和抗氧化能力。

3.2 光合色素变化特征
高温导致两品种光合色素降解，但'Weinisi'的叶绿素a、b和类胡萝卜素降幅(23.02%、13.46%、45.66%)显著低于'Kaisahong'(69.77%、62.93%、80.23%)，这与GO富集分析中光合相关通路基因的差异表达高度一致。

3.4 差异表达基因分析
转录组比较发现'Weinisi'在热激3小时和6小时后分别有4221和8257个基因显著上调，其中热响应通路基因富集明显。特别值得注意的是，HSP20、HSP40(DnaJ)和HSP70家族成员在耐热品种中表达量更高，如HSP70相关基因中有46/55个在'Weinisi'中上调表达。

4.3 热激蛋白的核心作用
研究证实HSP家族在菊花耐热性中发挥核心作用。HSP70作为分子伴侣协助蛋白正确折叠，HSP20和HSP40则通过调控信号转导参与应激响应。耐热品种中这些基因的快速激活，可能是其维持细胞稳态的关键因素。

这项研究首次绘制了切花菊高温胁迫下的全转录组图谱，不仅阐明了HSP家族在耐热性中的核心地位，还为分子标记辅助育种提供了重要靶点。通过CRISPR/Cas9等技术验证这些候选基因的功能，将加速耐热菊花品种的选育进程，对应对气候变化下的花卉产业挑战具有重要实践意义。