花芽休眠是植物適應(yīng)環(huán)境變化的關(guān)鍵生殖策略。木蘭科作為現(xiàn)存最古老的開花植物類群之一，是植物科學(xué)研究的“活化石”。其代表種玉蘭（Magnolia denudata）不僅是典型的早春大花喬木，更兼具開花生熱的適應(yīng)特性，其花芽休眠機(jī)制在長期適應(yīng)性進(jìn)化中扮演了連接系統(tǒng)發(fā)育原始性與環(huán)境適應(yīng)性的雙重角色。然而，如何捕捉開花植物花芽休眠解除的動(dòng)態(tài)節(jié)點(diǎn)一直是植物休眠研究領(lǐng)域的難點(diǎn)，其解除機(jī)制仍缺乏深入解析。

近日，北京林業(yè)大學(xué)王若涵教授團(tuán)隊(duì)在國際生物學(xué)權(quán)威期刊International Journal of Biological Macromolecules在線發(fā)表了題為

Integrating mitoflash, energy substrate, and hormone analyses to advance the understanding of Magnolia endodormancy mechanisms

線粒體炫啟動(dòng)休眠解除

通過對花芽細(xì)胞內(nèi)線粒體炫（Mitoflash）實(shí)時(shí)成像，發(fā)現(xiàn)線粒體炫頻率在花芽內(nèi)休眠解除期顯著升高，與活性氧（ROS）化合物含量及抗氧化基因表達(dá)動(dòng)態(tài)高度吻合。作為線粒體氧化還原狀態(tài)的重要指標(biāo)，mitoflash 的高頻爆發(fā)預(yù)示著線粒體能量代謝的激活，可作為花芽休眠解除的關(guān)鍵生理信號(hào)，這一發(fā)現(xiàn)為實(shí)時(shí)追蹤植物休眠進(jìn)程及其能量代謝提供了新的動(dòng)態(tài)信號(hào)，為非模式植物的休眠研究提供了新方法參考。

能量底物協(xié)作實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能到供能轉(zhuǎn)換

含量測定表明，淀粉在深休眠期積累，內(nèi)休眠解除后降解為葡萄糖，游離脂肪酸（FFA）和甘油三酯在內(nèi)休眠解除時(shí)被顯著消耗。通過解析能量代謝相關(guān)基因的表達(dá)譜與靶向脂質(zhì)組，發(fā)現(xiàn)內(nèi)休眠解除時(shí)，與糖代謝相關(guān)的基因大多上調(diào)。同時(shí)，與脂肪酸降解和亞油酸代謝相關(guān)的代謝物顯著上調(diào)，證實(shí)了內(nèi)休眠解除時(shí)能量供應(yīng)和代謝水平的增加。結(jié)合能量底物的依賴性分析，發(fā)現(xiàn)休眠進(jìn)程中線粒體能量來源主要依賴于丙酮酸和脂肪酸的氧化，以上能量底物協(xié)作共同促進(jìn)了花芽內(nèi)休眠的解除，為理解環(huán)境適應(yīng)下植物如何優(yōu)化能量分配以確保內(nèi)休眠解除和成功開花提供了依據(jù)。

激素博弈與MdMYB91的關(guān)鍵角色

通過解析激素相關(guān)基因的表達(dá)譜與含量測定，發(fā)現(xiàn)休眠解除過程中，活性赤霉素（主要是GA3）和脫落酸（ABA）變化呈現(xiàn)拮抗，進(jìn)一步對差異表達(dá)轉(zhuǎn)錄因子（TFs）與GA和ABA生物合成及信號(hào)傳導(dǎo)相關(guān)基因的共表達(dá)分析，發(fā)現(xiàn)MdPP2C37-like和轉(zhuǎn)錄因子MdMYB91與內(nèi)休眠解除密切相關(guān)，并且在外源施加ABA后，MdMYB91和MdPP2C37-like的表達(dá)均上調(diào)。通過雙熒光素酶報(bào)告基因?qū)嶒?yàn)和酵母單雜實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)MdMYB91能夠直接與MdPP2C37-like的啟動(dòng)子結(jié)合以負(fù)調(diào)控其表達(dá)，這表明MdMYB91可能通過影響ABA信號(hào)傳導(dǎo)，從而參與花芽休眠調(diào)控。

該研究系統(tǒng)整合了線粒體炫動(dòng)態(tài)、能量代謝和激素信號(hào)，建立了玉蘭花芽休眠解除的多維調(diào)控模型（圖1），揭示了 “需冷量積累→線粒體炫激活→能量代謝轉(zhuǎn)換→激素平衡打破” 的路徑。研究成果不僅深化了對花芽休眠的認(rèn)知，還為追蹤休眠解除提供了以線粒體炫為動(dòng)態(tài)監(jiān)測信號(hào)的新方法，有助于更深入地認(rèn)識(shí)植物休眠的復(fù)雜能量調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，為理解植物-環(huán)境互作及生態(tài)適應(yīng)提供更廣闊的科學(xué)依據(jù)。

圖1 玉蘭花芽內(nèi)休眠解除的“三重”調(diào)控模型

北京林業(yè)大學(xué)博士研究生王思?xì)J和于淼為論文共同第一作者，王若涵教授為通訊作者，本研究得到了國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目的支持。

https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2025.144333

作者簡介：

通訊作者：王若涵，博士，北京林業(yè)大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師。致力于植物生長發(fā)育及能量代謝調(diào)控，林木種質(zhì)資源篩選保護(hù)及應(yīng)用等方面研究，主持國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目，國家“十三五”及“十四五”重點(diǎn)研發(fā)子課題及國家林草局課題等國家級項(xiàng)目，撰寫國家級規(guī)劃教材及著作3部，獲批國家發(fā)明專利6項(xiàng)，近年來，在《Plant Physiology》、《Plant Journal》、《Plant Cell & Environment》及《中國科學(xué)-生命科學(xué)》、《科學(xué)通報(bào)》等國內(nèi)外權(quán)威期刊發(fā)表學(xué)術(shù)論文30余篇。創(chuàng)制木蘭科樹種種質(zhì)高效篩選及繁育技術(shù)，在北京、廣東、貴州、河北等省市數(shù)家企業(yè)推廣應(yīng)用，取得了顯著的生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，研究成果獲北京市優(yōu)秀青年科技論文一等獎(jiǎng)等榮譽(yù)稱號(hào)。