近日，南昌大学流域生态学研究所、湖北省林业科学院、江西省林业科学院、江西省生态气象中心和中国科学院庐山植物园的研究人员联合在植物科学领域知名国际期刊Frontiers in Plant Science发表研究论文（Xie et al., 2023）。该研究提出了一种新方法：通过野外实验结合室内实验鉴定亚热带常绿阔叶树的抗冻性及相关抗冻基因，并以油茶（Camellia oleifera）为例，揭示了油茶抗冻的分子机制。该研究有助于抗冻油茶遗传资源的挖掘与利用，并为探究多年生木本植物抗冻的分子机制提供参考。

多年生木本植物相较于一年生草本植物，一般具有更强的抗冻性。一年生草本植物抗冻的分子机制在模式植物（如：拟南芥）中已得到广泛的研究，而多年生木本植物抗冻的分子机制仍然存在许多未解之谜。基于悠久的研究传统，大多数研究者或是专注于野外实验，或是专注于室内实验。野外实验由于环境条件多变且气温难以控制，难以直接鉴别多年生木本植物对冰冻胁迫的响应；室内实验虽然可以在受控条件下进行，但难以实现多年生木本植物的完全冷驯化，不能反映出自然条件下多年生木本植物的抗冻机理。因此，该研究提出可以结合野外与室内实验进行多年生木本植物抗冻胁迫的相关研究。

油茶是我国第一大木本油料作物，油茶籽油富含单不饱和脂肪酸——油酸（高达80%以上），是优质健康的食用植物油。野生油茶是栽培油茶育种宝贵的遗传资源，庐山高海拔地区的野生油茶能够在−30℃以下的极端低温环境中生存，可为抗冻油茶的选育提供重要的遗传资源。

图1 庐山高海拔地区的野生油茶

该研究实时监测了庐山高海拔地区野生油茶生长环境的气温，选取冷驯化前、冷驯化和冰冻胁迫下的油茶叶片样本进行转录组分析，鉴别冷驯化过程和冰冻胁迫下的关联基因。此外，选择庐山野生油茶冷驯化后的叶片样本，以江西省林科院选育的“赣无1”栽培油茶冷驯化后的叶片样本作为对照，在室内人工气候箱中进行−10℃冰冻胁迫。在室内实验中，选择冰冻胁迫不同时间的油茶叶片，分别测定相对电导率和进行转录组分析，评估油茶的抗冻性和鉴别相关的基因。最后，结合野外和室内实验的转录组分析结果，鉴别共有的与油茶冰冻胁迫相关的基因。

基于野外实验结合室内实验的新方法，该研究确定了庐山高海拔地区的野生油茶具有较强的抗冻性，发现flg22、Ca2+和赤霉素信号转导通路参与油茶对冰冻胁迫的响应（图2），其中一些关键基因发挥了重要作用，如：WRKY33、PR1、Rboh和DELLA基因等。此外，木质素生物合成通路中的大量基因也在抗冻过程中发挥重要作用。冰冻胁迫下，大多数关键基因的表达水平显著上调，在抗冻性强的油茶中相关基因的表达水平显著高于抗冻性弱的油茶。

图2 油茶抗冻的分子机制模型

南昌大学流域生态学研究所的博士生谢昊星为论文的第一作者，戎俊研究员为通讯作者。该研究得到了国家重点计划项目课题“木本油料重要性状形成与调控”的资助（2018YFD1000603）。

参考文献

Xie HX, Zhang J, Cheng JY, Zhao SZ, Wen Q, Kong P, Zhao Y, Xiang XG, Rong J*. 2023. Field plus lab experiments help identify freezing tolerance and associated genes in subtropical evergreen broadleaf trees: A case study of Camellia oleifera. Frontiers in Plant Science. 14:1113125. https://doi.org/10.3389/fpls.2023.1113125