蜡梅木质素生物合成的分子机制：形态生理、转录组与功能基因的整合分析

本文首次通过整合形态学、生理学、转录组学和功能基因分析，系统揭示了蜡梅（Chimonanthus praecox）木质素生物合成的分子机制。研究发现CpCAD4基因通过调控木质素合成通路关键基因表达显著提升烟草（Nicotiana tabacum）木质素含量，为蜡梅资源高值化利用和木本植物木质素合成机制研究提供新见解。

　　

Highlight

本研究首次通过多组学联用解析蜡梅木质素合成机制，发现CpCAD4基因可显著增强转基因烟草木质化程度，为木质素生物合成理论与植物资源开发提供双重价值。

Plant Material

2023年3月，选取生长状态一致的蜡梅HA和HK品种枝条嫁接于同一砧木。分别于4月1日(T₁)、4月20日(T₂)和5月20日(T₃)采集新生茎段，部分样本用于木质素含量测定，其余立即液氮速冻用于转录组分析。

Observation of the Xylem Structure and Measurement of Lignin, Auxin, and Gibberellin Content

石蜡切片显示HA品种各阶段木质化程度均高于HK（图1A）。生理测定表明HA木质素含量在所有时期持续领先（图1B）。T₃期激素检测发现HA的生长素（auxin）和赤霉素（GA₃/GA₄）含量显著更高，暗示这些激素可能协同促进木质素积累。

Discussion

木质素作为储量最丰富的可再生芳香资源（年合成量1500亿吨），其高效利用可提升生物精炼过程的碳效率。本研究首次揭示蜡梅中生长素-赤霉素信号与木质素合成通路（苯丙烷代谢途径）的关联，CpCAD4基因的异源表达使烟草木质素含量提升37%，证实其在木质素单体（G/S/H型）聚合中的核心作用。

Conclusion

本研究阐明激素调控蜡梅木质素合成的分子网络，鉴定到关键基因CpCAD4。该发现不仅为蜡梅茎秆品质改良提供靶点，更为木本植物木质素生物合成机制研究树立新范式。