HPJ|北京林业大学成仿云教授团队:多组学解析环剥诱导牡丹不定根形成机理
- 2026-02-09 12:41:58
Horticultural Plant Journal
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近日，Horticultural Plant Journal在线发表了北京林业大学成仿云教授团队题为“Integrated multi-omics analysis uncovers the mechanism of girdling-induced adventitious root formation in tree peony（多组学解析环剥诱导牡丹不定根形成机理）”的研究论文。
牡丹是集观赏、药用、油用、食用等于一体的多效用植物，繁殖难一直是产业化发展的“卡脖子”问题。压条繁殖可以有效促进难生根物种的繁殖，而不定根的形成是压条成功的关键，但是关于牡丹压条生根的调控机理尚未见报道。植物不定根形成过程中需要多种植物激素、转录因子和基因家族的参与和调控，深入解析牡丹不定根形成的分子机理可以为牡丹繁殖和产业化发展提供理论支持与实践参考。
本研究以紫斑牡丹‘京云冠’为材料，通过对牡丹不定根形成过程的形态学和组织学观察，结合多组学分析挖掘调控不定根形成的关键基因和代谢物，进一步对候选基因进行克隆和功能验证，初步解析不定根形成的分子调控机理。
（1）牡丹不定根形成可分为三个阶段：0 d ~ 20 d，愈伤组织形成期；20 d ~ 40 d，不定根诱导期；40 d之后为不定根伸长期。通过组织学观察，发现不定根主要起源于皮层薄壁细胞分化的愈伤组织分生结节。
（2）转录组和代谢组分析表明，DEGs主要富集在植物激素信号转导、淀粉与蔗糖代谢、苯丙素类生物合成等通路；而DAMs显著富集在代谢途径、三羧酸循环、次生代谢物生物合成等通路。在不定根形成过程中，八种内源激素或前体物质相对含量发生了明显变化。
（3）WGCNA分析挖掘出7个核心转录因子（e.g. PrSCL8, PrSHR2, PrERF109）以及激素与糖类相关基因PrSAUR32、PrMKK5、PrSUS5、PrTPS5等可能参与调节牡丹不定根形成。
（4）转基因实验表明，过表达PrSAUR32和PrSCL8可以显著促进拟南芥不定根生长；过表达株系中不定根数量为野生型的2 ~ 3倍，不定根根长也比野生型长。进一步分析，发现过表达株系PrSAUR32-OE-6和PrSCL8-OE-1中的IAA、JA和SA含量显著高于野生型。
图1 ‘京云冠’（P. rockii ‘Jing Yunguan’）不定根形成过程的形态学与组织学观察
图2 ‘京云冠’（P. rockii ‘Jing Yunguan’）不定根形成过程中转录组和差异表达基因分析
图5‘京云冠’（P. rockii ‘Jing Yunguan’）不定根形成过程中代谢组分析和激素相对含量变化
图6‘京云冠’（P. rockii ‘Jing Yunguan’）生根过程中WCGNA模块鉴定与关联分析
图7 过表达PrSAUR32和PrSCL8促进不定根产生
本研究通过环剥诱导牡丹不定根形成，通过形态学和组织学观察，确定牡丹不定根起源与发育过程；采用转录组和代谢组联合分析，挖掘调控不定根形成的关键基因和代谢物；进一步对候选基因PrSAUR32和PrSCL8进行克隆和功能验证，为牡丹繁殖和产业化发展提供理论基础。
李东丽为该论文的第一作者，成仿云教授和张磊博士为该文的通信作者。钟原教授、齐方婷和陶熙文参与了本研究。
该研究获得国家重点专项研发计划（2023YFD1200105, 2020YFD1000503）和北京林业大学5·5工程研究与创新团队项目（BLRC2023A06）的资助。
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2468014126000178
期刊简介
Horticultural Plant Journal是由中国园艺学会、中国农业科学院蔬菜花卉研究所、中国农业科学技术出版社有限公司主办的英文学术期刊。刊载关于园艺作物种质资源、遗传育种、栽培技术、生理生化、基因组学、生物技术、植物保护、采后处理与利用等原创性研究论文、研究简报及综述等。HPJ已被SCIE、Scopus、BA & BP、DOAJ、CAB Abstracts、Food Science and Technology Abstract、CNKI、CSCD、CSTPCD等国内外多个重要数据库收录，论文在SD网络出版平台实现全文开放获取和在线预出版。2024年最新影响因子6.2，园艺学科Q1区，植物学科Q1区。2025年中科院期刊分区（升级版）：在农林科学类位于1区、Top期刊，植物科学类位于1区，园艺类位于1区。
