宿根花卉研究小组在International Journal of Molecular Sciences发表芍药研究论文

近日，International Journal of Molecular Sciences在线发表了浙江大学园林所宿根花卉研究小组题为“Chilling requirement validation and physiological and molecular responses of the bud endodormancy release in Paeonia lactiflora ‘Meiju’”的研究论文。

研究背景

芍药是中国著名观赏花卉，在南宋时期，其在杭州等江南地区的栽培盛极一时。全球气候变暖导致暖冬频发，多数北方芍药品种在南方地区栽培时，其需冷量（chilling requirement，CR）无法得到满足，严重影响芽休眠的顺利完成及后续的萌芽、生长及开花。研究芽休眠机制对培育低需冷量芍药品种至关重要。

论文摘要

本实验对从我国北方引种到杭州的具有典型低需冷量特征的芍药品种‘美菊‘进行了形态学、细胞学、生理及分子水平的系统性研究。根据UT模型进一步验证了‘美菊’的CR值为677.5CUs。ROS作为信号转导物质，释放休眠响应信号，导致地下芽中碳水化合物含量产生相应变化以增强其耐寒性，进而诱导地下芽进入内休眠状态。此外，与脱落酸代谢相关的重要基因NCED3、PP2C、CBF4和ABF2的表达水平在1月9日达到最高峰而后迅速下降，赤霉素合成基因GA2ox8则在内休眠解除的前期表达上调。总的来说，糖含量和ABA/GA比值下降时，‘美菊’地下芽内休眠开始解除。本研究揭示了低需冷量芍药品种‘美菊’地下芽内休眠调节机制，为选育具有低需冷量性状的芍药品种奠定了理论基础。

全文链接：https://www.mdpi.com/1422-0067/22/16/8382

研究结果

基于夏宜平教授课题组长期以来对芍药的引种适应性评价，本研究以典型的低需冷量芍药品种“美菊”为材料，对其形态指标、生理生化指标及休眠解除关键时期基因表达水平的研究，提出了一种可能的休眠调控网络。

图1 ‘美菊’地下芽休眠及萌芽生长过程

图2 ‘美菊’地下芽休眠期间的温度变化和需冷量积累（UT模型计算）

图3 ‘美菊’地下芽休眠调控机制

研究结论

碳水化合物代谢、ROS信号转导和激素之间的动态平衡参与了‘美菊’地下芽内休眠的调节。脱落酸(ABA)和赤霉素(GA)是最重要的调节激素，但它们之间的拮抗机制还有待进一步研究。本实验丰富了低纬度地区芍药芽休眠解除机制的研究，有利于在低纬度地区推广这一传统的中国名花。

浙江大学硕士生张润龙和博士生王小斌为本文的共同第一作者，张佳平副研究员和李丹青博士后为共同通讯作者。

该研究得到了国家自然科学基金（32071822, 31600567）和中央高校基本科研业务费(2021QNA6017)项目的资助。

团队介绍

第一作者张润龙、王小斌，共同通讯作者张佳平、李丹青均为浙江大学夏宜平教授课题组成员。该团队多年来围绕我国原产重要球根花卉百合和石蒜、宿根花卉芍药和鸢尾、杜鹃花等园林植物开展鳞茎发育、芽休眠、抗逆性等分子机理研究。研究团队立足我国宿根花卉植物资源优势，针对芍药属和鸢尾属花卉的地下芽休眠、低温响应及叶片冬态形成机理开展长期研究，旨在解析芽休眠调控机制，以扩大宿根花卉的应用范围。