中国农业大学园艺学院吴健教授团队在《自然·植物》发表论文：一个简单的伤口竟是“唤醒”休眠芽的开关

近日，中国农业大学吴健教授团队在植物科学领域国际顶尖期刊 Nature Plants 在线发表研究论文GhZAT11 triggers wound-activated bud growth by accelerating sugar transport and cell division，系统揭示了转录因子GhZAT11作为损伤信号与茉莉酸（JA）的核心应答枢纽，通过协调糖转运与细胞分裂通路，驱动球根作物芽“休眠—生长”生理转变（Bud-growth transition, BGT）的分子机制。这项研究为精准调控园艺球根作物的休眠期、延长采后贮藏寿命提供了全新的理论“靶点”。

植物在自然界中不可避免地会遭遇各种损伤，无论是来自动物取食、机械采收、自然灾害，还是日常生长过程中的物理胁迫。这些损伤不仅破坏组织结构，也常常触发植物一系列复杂的应激与修复反应。这些反应过程最终有助于形成愈伤组织、根的发育或器官的再生。数百年来，创伤诱导的反应在农业中得到了广泛应用，特别是在诸如切枝、压条和嫁接等营养繁殖技术中。然而，创伤信号如何被感知并转化为促生长的“指令”，特别是如何解除球根类作物休眠芽的“睡眠”状态，一直是有待揭示的科学谜题。

该研究发现，在唐菖蒲、大蒜、洋葱等多种园艺球根植物中，损伤均能显著加速芽“休眠—生长”生理转变（图1）。损伤迅速诱导了球茎内JA的积累，而施加JA合成抑制剂则可完全阻断损伤的促生长转变效应，证明JA是损伤触发芽生长转变不可或缺的关键信号分子（图2）。

图1 损伤促进球根作物芽生长转变过程

图2 JA、糖转运和细胞分裂响应损伤

通过进一步的分子生物学、细胞生物学和遗传学等实验，该研究发现，损伤/JA信号通过激活转录因子GhZAT11发挥作用。在感知损伤或JA信号后，GhZAT11被迅速诱导表达，直接结合并激活下游两个关键基因表达：蔗糖转运蛋白GhSUT4和细胞周期基因GhCYCD2;1。GhSUT4促进蔗糖通过质外体途径从球茎快速转运至芽的顶端分生组织。GhCYCD2;1驱动芽内细胞周期从G1期进入S期，从而激活芽中细胞的快速分裂。

图3 GhZAT11是调控糖转运和细胞分裂的关键转录因子

综合以上结果，该团队提出了GhZAT11介导的损伤诱导芽生长转变工作模型（图4）：当球根作物遭受损伤时，迅速触发的JA信号“唤醒”了中枢转录因子GhZAT11。GhZAT11随后启动“双重动员”：一方面上调GhSUT4，将储存的蔗糖调运至顶端分生组织；另一方面上调GhCYCD2;1，解除细胞周期的阻滞，开启旺盛的细胞分裂。通过这种“糖分供给”与“细胞增殖”的精准协同，休眠芽被成功激活，迅速转入生长阶段。由于该通路在多种球根作物中保守存在，这一机制为通过物理或化学手段调控作物休眠、实现花卉的周年生产和蔬菜的长期贮藏提供了普适性的新思路。

图4 损伤诱导芽生长转变工作模型

中国农业大学园艺学院/分子设计育种前沿科学中心吴健教授为论文通讯作者，中国农业大学博士研究生李静如（已毕业，现为北京林业大学园林学院讲师）和硕士研究生刘畅（已毕业，现在多伦多大学攻读博士学位）为论文共同第一作者。中国农业大学义鸣放教授、博士后魏婧薇、博士研究生唐俊伟、赵雅洁、硕士研究生敬栋、延边大学曹丽教授、西南大学吴林副教授、福建省农科院杨成龙、方少忠研究员、辽宁省农科院屈连伟研究员、杨迎东研究员、匈牙利农业研究所Tibor Janda研究员参与了论文研究工作。多伦多大学Sonia Gazzarrini教授、中国农业大学周朝阳副教授、南京农业大学丁宝清教授、中国农业大学张媛媛博士、中国农业科学院王海平研究员均对本研究做出重要的指导和帮助。该研究得到国家青年人才计划、国家自然科学基金、中央高校基本科研业务费专项资金、农业农村部农业科研杰出人才、教育部111引智计划、中国农业大学2115人才培育发展支持计划、中国科协青年人才托举工程博士生专项计划等多项基金资助。