外源茉莉酸甲酯(MeJA)通过调控抗氧化系统与激素信号网络增强苹果根系对亚低温胁迫的适应性机制研究

推荐：为解决苹果根系在早春亚低温胁迫下的生长受限问题，沈阳农业大学园艺学院团队通过转录组与生理分析，揭示了外源MeJA通过激活JA信号通路(MAPK、MbMYC2-MbPOD轴)和抗氧化酶系统(SOD/POD/CAT及AsA-GSH循环)，显著降低ROS(O2.-、H2O2)和MDA积累，提升根系活力。该研究为果树抗寒栽培提供新策略。

　　

在北方早春时节，苹果树根系常面临5°C左右的亚低温胁迫，这种非致死性低温会显著抑制根系功能，进而影响地上部生长发育。作为我国北方广泛使用的砧木，山荆子(Malus baccata)虽具有一定抗寒性，但其分子调控机制尚不明确。沈阳农业大学园艺学院的研究团队发现，外源茉莉酸甲酯(MeJA)能显著提升山荆子根系对亚低温的适应性，但其中涉及的抗氧化系统与激素信号网络的协同机制仍有待解析。

为揭示这一机制，研究人员采用转录组测序与生理分析相结合的方法。通过建立对照组(CK)、低温处理组(L)和MeJA预处理+低温组(LM)的实验体系，检测了根系活力、ROS水平、抗氧化酶活性等生理指标，并利用RNA-seq筛选差异表达基因(DEGs)。关键实验技术包括：UPLC-MS/MS测定内源JA代谢物、酵母单杂交(Y1H)验证MbMYC2与MbPOD启动子结合、染色质免疫共沉淀(ChIP-PCR)进行体内互作验证，以及GUS报告基因系统分析启动子活性。

3.1 根系活力与抗氧化能力
低温胁迫导致根系活力下降26.5%，ROS和MDA积累显著。MeJA预处理使根系活力提升48.8%，SOD、POD、CAT活性分别增加5.7%、13.3%和29.7%，并通过增强DHAR(296.4%)和GR(17.6%)活性优化AsA-GSH循环。

3.2 JA信号通路激活
MeJA显著提高内源JA(12%)和MeJA(36.6%)含量，但降低JA-Ile水平。LOX、OPR、JMT酶活性分别提升63.8%、19.1%和101.6%，而JAR1活性下降41.6%。转录组显示AOS、AOC、JMT基因对MeJA敏感。

3.3 MbMYC2-MbPOD调控轴
低温抑制MbMYC2表达，而MeJA使其上调2.92倍。Y1H和ChIP-PCR证实MbMYC2直接结合MbPOD启动子的G-box元件，GUS活性实验显示其转录激活作用。

3.4 多激素信号交叉
MAPK通路中WRKY22下调可能与H₂O₂减少相关。植物激素信号通路中，AUX/IAA、GH3、ERF1等基因参与调控，BAK1/BRI1显示BR信号可能具有双向调节作用。

3.5 转录因子网络
MYB、AP2/ERF-ERF、GRAS和WRKY家族是响应MeJA的主要TF，其中MYB家族上调基因占比最高(28/40)。

该研究首次阐明MeJA通过三重机制增强苹果根系抗寒性：(1) 激活JA信号核心组分(MbMYC2)直接调控抗氧化基因MbPOD；(2) 协调MAPK与多激素(生长素、乙烯、油菜素内酯)信号网络；(3) 优化AsA-GSH循环与GSH代谢。这些发现不仅为果树抗逆栽培提供理论依据，也为作物抗寒育种提供了JA信号模块的分子靶点。值得注意的是，JA-Ile与MeJA的代谢平衡可能是调控不同JAZ家族成员活性的关键开关，这为后续解析JA信号分支特异性调控机制指明了方向。