“不起眼”的茎基：紫花苜蓿再生与越冬的“司令部” ——中国农大首次用多组学解析 al

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“不起眼”的茎基：紫花苜蓿再生与越冬的“司令部”——中国农大首次用多组学解析 alfalfa 茎基结构-代谢-基因三联图谱（DOI: 10.3390/ijms25116225）

紫花苜蓿被誉为“牧草之王”，却长期面临秋眠后返青慢、刈割后再生弱、北方越冬死株率高等瓶颈。传统研究多聚焦冠芽或根瘤，而“茎基”——那根与茎之间仅 2–3 cm 的过渡段——被忽视。中国农业大学草业科技学院高茜、王堃团队 2024 年在《International Journal of Molecular Sciences》发文，用组织切片、UPLC-MS/MS 广泛靶向代谢组与 RNA-seq 三联平台，首次系统揭示：茎基是苜蓿“运输通道转换器+激素信号枢纽+糖分加油站”，其解剖特征、代谢物谱与基因表达模式均显著不同于根与地上茎，为后续分子育种提供了可操作的“再生开关”。

一、解剖：射线→环状“变形记”

• 根：木质部呈放射状，韧皮部镶嵌其间，木质部/韧皮部面积比（x/p）≈ 0.33；
• 茎：中空髓腔，木质部环状，x/p ≈ 0.9；
• 茎基：实心，外区保留射线、内区开始成环，x/p ≈ 0.6，兼具导水与蓄糖功能，为早期分枝原基提供“双通道”。
  

二、代谢：801 种化合物里的“茎基指纹”
广靶代谢组在茎基 vs 茎、茎基 vs 根中分别筛出 228 与 276 种差异积累代谢物（DACs）。

• 类黄酮（21%）、酚酸、三萜皂苷最丰富，赋予茎基抗氧化与抗寒潜力；
• 能量类：茎基葡萄糖显著高于根，而蔗糖与葡萄糖-1-磷酸低于根，暗示“糖信号-激素”偶联决定分枝；
• 激素前体：玉米素合成途径、α-亚麻酸（JA 前体）、组氨酸（CK 合成辅酶）均特异富集。
  

三、转录：4974 个差异基因背后的“再生密码”
RNA-seq 显示茎基是“低细胞分裂、高信号待命”状态：

• 细胞分裂/伸长：细胞周期蛋白 CycD3、BRI1、BR 信号激酶等整体下调，保持“慢周期”以节省越冬能耗；
• 激素信号：CK、IAA、GA、BR 通路多数下调，仅 ABA、乙烯组分上调，符合休眠维持；
• TCP 家族：7 个成员均下调，其中 MsG0880046617.01 与豌豆 BRC1 同源，负调控侧枝，表达越低越利于春季快速抽枝；
• 糖感知：HXK1、糖酵解/葡糖异生、淀粉-蔗糖代谢通路显著富集，葡萄糖既是能量又是“信号分子”，与 CK/IAA/SL 形成交互网络。
  

四、整合：10 条核心通路绘出“茎基工作模型”
联合 DAC-DEG 富集分析，锁定 10 条茎基特异高活跃通路：
植物激素信号转导、玉米素生物合成、α-亚麻酸代谢、组氨酸代谢、碳代谢、光合碳固定、磷酸戊糖、半乳糖、果糖-甘露糖代谢。
提出“双枢纽”模型：

• 糖枢纽——葡萄糖水平决定能量与信号双重输出；
• 激素枢纽——低 CK、低 IAA、低 GA 维持休眠；刈割或春化后，糖流增加→抑制 BRC1→侧枝原基启动。
  

五、育种启示：从“看不见”到“摸得着”的再生开关

• 标记辅助：TCP-BRC1、HXK1 等关键基因可作为分子标记，筛选刈割后再生快的品系；
• 栽培调控：秋季控氮、适度干旱可提高茎基葡萄糖与 ABA 比例，降低冬季死株率；
• 基因编辑：靶向敲除 BRC1 或启动子区糖响应元件，有望培育“极耐刈割”新品种。
  

六、展望
团队已将转录组原始数据上传 NCBI（PRJNAxxxxxx），并建立“茎基-根-茎”三部位代谢-基因可视化数据库。下一步将整合 ATAC-seq 与蛋白互作图谱，解析茎基如何从“休眠态”快速切换到“再生态”，为牧草、甚至粮食作物（如大豆、小麦）的耐刈性和抗逆育种提供共性理论。
一句话总结：抓住那 2 cm 的茎基，就抓住了苜蓿再生的“总开关”。