编委动态转录调控网络揭示萼距花CBF3基因在响应低温胁迫的作用

摘要：萼距花（Cuphea hookeriana），隶属于千屈菜科（Lythraceae）萼距花属（Cuphea）是兼具观赏、药用与经济价值的开花小灌木，其种子富含中链脂肪酸，在园林造景和化工、医药领域应用潜力显著，但该物种原产热带，低温耐受性差，在温带及寒带地区推

2025年5月，Industrial Crops and Products 在线发表了浙江农林大学顾翠花教授课题组与中国农业科学院深圳农业基因组研究所武志强研究员课题组等多家单位合作的题为Transcription regulation network revealed the role of CBF3 gene in response to low-temperature stress of Cuphea hookeriana（转录调控网络揭示了萼距花CBF3 基因在响应低温胁迫中的作用）的研究论文。

研究背景

萼距花（Cuphea hookeriana），隶属于千屈菜科（Lythraceae）萼距花属（Cuphea）是兼具观赏、药用与经济价值的开花小灌木，其种子富含中链脂肪酸，在园林造景和化工、医药领域应用潜力显著，但该物种原产热带，低温耐受性差，在温带及寒带地区推广受限，严重制约了耐寒品种选育和分子育种研究。因此，亟需对萼距花展开寒冷气候适应性研究，进而解析其低温胁迫下的转录调控网络与关键基因功能，以推动耐寒品种的开发，对突破地理分布限制、推动产业应用具有重要意义。

研究问题

本研究旨在深入探究低温胁迫下萼距花的生理响应机制及核心基因表达水平的变化与功能，主要聚焦于以下科学问题：（1）如何解析萼距花生理指标在低温胁迫下的变化规律？（2）通过转录组分析，能够识别哪些差异基因在响应低温胁迫中起到关键性的作用，它们的调控机制是怎样的？（3）核心基因在低温胁迫下呈现出怎样的表达模式，如何发挥功能？

研究结果

（1）低温胁迫下的生理响应机制：随着低温胁迫的加剧，萼距花SOD、CAT和电导率等相关生理总体均呈现上升趋势，与对照组相比呈现出显著的差异。此外，在萼距花叶片中一共检测出35种脂肪酸，且随着低温时长的增加，不饱和脂肪酸的含量相较于脂肪酸含量呈逐渐增加的趋势。最后，通过OPLS-DA分析表明，棕榈酸、顺式-9-十八碳烯酸、顺式-9, 12, -亚油酸和α-亚麻酸是萼距花响应低温胁迫的关键脂肪酸。
（2）响应低温胁迫核心基因的筛选：在转录组中共鉴定出358个差异共表达基因，对其进行转录因子鉴定及富集分析表明，AP2转录因子在响应低温胁迫中起着至关重要的作用。随后，将差异共表达基因与关键脂肪酸进行WGCNA分析表明，ME turquoise模块是萼距花响应低温的核心模块，且AP2家族DREB1亚组中的Unigene1305_All（ChCBF3）基因是该模块的核心基因，在萼距花响应低温胁迫中发挥着不可替代的作用。
（3）核心基因ChCBF3 的功能验证：通过对核心基因ChCBF3 进行生物信息学分析，随后对其克隆并异源转化拟南芥进行表型观察和生理指标测定表明，过表达ChCBF3 能够显著提高拟南芥的耐寒能力。因此，推测ChCBF3 在萼距花响应低温胁迫过程中发挥着正向调控的作用。

Fig. 3. Clustered heat map of the fatty acid composition of C. hookeriana under low temperature treatment.

Fig. 6. Transcriptome analysis of C. hookerianaunder low temperature stress.

Fig. 8. Weighted gene co-expression network analysis of core genes.

Fig. 13. Measurement of physiological indices of transgenic A. thaliana.

意义和创新性

该研究为萼距花耐寒品种的选育和鉴定提供相对应的理论依据，初步揭示萼距花耐寒机制的分子机理，筛选出与耐寒相关的核心候选基因，构建了萼距花响应低温的调控网络，为后续培育耐低温的萼距花品种以及在全国范围内推广栽培提供了坚实的理论支撑和科学依据。
浙江农林大学已毕业硕士研究生张国哲与中国农业科学院博士生王杰为该论文的共同第一作者；浙江农林大学顾翠花教授、杨丽媛副教授和中国农业科学院武志强研究员为该论文的通信作者；浙江农林大学硕士生俞梦鑫、白明珠和陈萌萌为参与作者。该研究获得浙江省科技重大专项农业新品种培育项目2021C02071-4的资助。
原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2025.121194

关于Ornamental Plant Research

Ornamental Plant Research 是一本开放获取的期刊，致力于传播观赏植物领域的最新研究进展，专注于发表本领域原创研究文章、综述、评论、观点以及应用性论文。期刊主编由美国佛罗里达大学食品与农业科学学院陈建军教授担任，执行主编由东北师范大学生命科学学院高翔教授担任。目前期刊已被ESCI、Scopus、DOAJ、CABI等数据库收录。