研究报告：激素与mRNA-miRNA模块对油茶花芽形成的共调控效应

研究背景与目的

油茶（Camellia oleifera）是世界四大木本油料树种之一，其种子油含有高达75%的油酸，是重要的高质量食用油来源。然而，油茶的花芽形成存在明显的“大小年”现象，即高产年份花芽数量较少，导致次年产量显著下降。这种现象的主要原因是相邻年份花芽数量的差异。尽管花芽形成对油茶产量至关重要，但其调控机制尚不明确。本研究旨在通过分析激素、mRNA和miRNA在油茶花芽形成过程中的作用，揭示其调控机制，为油茶的高产调控提供理论依据。

研究方法

研究选取了两个油茶品种：“闽育3号”（MY3，产量稳定）和“黔育2号”（QY2，高产年份花芽较少）。研究分为以下几个步骤： 1. 激素测定：通过液相色谱-质谱联用技术（LC-MS/MS）测定花芽形成过程中不同组织中的激素含量，包括生长素（IAA）、赤霉素（GA3）、脱落酸（ABA）、茉莉酸（JA）、水杨酸（SA）和玉米素（TZ）。 2. 转录组测序：对MY3和QY2的花芽进行RNA提取和高通量测序，分析差异表达基因（DEGs）及其功能注释。 3. miRNA测序：通过Illumina平台进行miRNA测序，鉴定与花芽形成相关的miRNA及其靶基因。 4. 实时荧光定量PCR（qRT-PCR）：验证转录组和miRNA测序结果的准确性。

主要结果

1. 激素分析：研究发现，除IAA外，花芽中的GA3、ABA、TZ、JA和SA含量均高于果实，且花芽中的激素含量高于相邻组织。这表明果实产生的激素对花芽形成的影响较小。JA在MY3中的含量高于QY2，而低浓度的GA3有助于油茶花芽的形成。
2. 转录组分析：转录组测序共鉴定出54,241个基因，其中20,328个为新基因。差异表达基因显著富集于激素信号转导和昼夜节律系统。MY3通过IAA信号通路中的TIR1（Transport Inhibitor Response 1）、GA信号通路中的miR535-GID1C模块和JA信号通路中的miR395-JAZ模块诱导花芽形成。
3. miRNA分析：共鉴定出570多个miRNA，其中209个为已知miRNA，366个为新预测miRNA。miR535-GID1C和miR395-JAZ模块首次被发现与激素信号通路中的花芽形成相关。
4. qRT-PCR验证：qRT-PCR结果与转录组和miRNA测序结果一致，验证了关键基因和miRNA的表达模式。

结论与意义

本研究揭示了激素和mRNA-miRNA模块在油茶花芽形成中的共调控作用。MY3通过IAA、GA和JA信号通路以及昼夜节律系统促进花芽形成，而QY2则表现出较低的调控效率。这些发现为理解油茶花芽交替形成的机制提供了新的证据，并为油茶的高产管理和品种选育奠定了基础。

研究亮点

1. 重要发现：首次揭示了miR535-GID1C和miR395-JAZ模块在激素信号通路中的调控作用。
2. 方法创新：结合激素测定、转录组测序和miRNA测序，全面解析了花芽形成的分子机制。
3. 应用价值：研究结果为油茶的高产调控提供了理论依据，有助于制定高产管理措施和选育高产品种。

其他有价值的内容

研究还发现，昼夜节律系统通过上调GI（Gigantea）和CO（Constans）的表达，促进MY3的花芽形成。此外，激素信号通路和昼夜节律系统通过FT（Flowering Locus T）和SOC1（Suppressor of Overexpression of CO 1）将开花信号传递到花分生组织特征基因LFY（Leafy）和AP1（Apetala 1），从而调控花芽形成。

数据可用性声明

本研究的数据可在NCBI数据库中找到，登录号为PRJNA905846。

作者贡献

研究由Chengjiang Ruan设计，Wei Du进行实验并撰写论文，所有作者均对文章做出了贡献并批准了最终版本。

资助声明

本研究得到了贵州省科技支撑项目、贵州省林业产业科技研发项目、铜仁市科技支撑项目和铜仁市农业专项项目的资助。

利益冲突声明

作者声明不存在任何可能被解释为潜在利益冲突的商业或财务关系。

补充材料

本文的补充材料可在Frontiers in Plant Science网站上找到。