陕西
撰文 | ZGL
温带地区的落叶乔木在秋季叶片脱落前通过叶片衰老回收养分，这一过程具有重要的意义。但是其分子调控的机制尚不明晰。之前对白杨树（Populus tremula L.）衰老过程的研究结果表明，落叶乔木的衰老不能简单的通过全转录组或单一信号通路解释，这个过程很可能受到复杂的调控网络的影响，这个网络整合了外部环境因素和体内信号及代谢途径。尽管通过遗传学、转录组学、代谢组学和植物激素等方面的研究已经鉴定到了导致早衰和延迟衰老的基因及相关的信号途径，但是对于衰老的起始究竟是由于哪种化合物或基因及其表达变化，又或者是哪种环境因素导致目前尚无定论。
近日，来自瑞典的研究团队在Nature Communications发表题为Salicylic acid metabolism and signalling coordinate senescence initiation in aspen in nature的研究论文。该研究将转录组学与代谢组学及共表达网络分析相结合，证明杨树通过复杂的调控网络整合内外部信号，正确调控其衰老起始时间。
作者首先研究了瑞典境内不同纬度的杨树的基因型，并根据不同的衰老时间将其归类为早、中、晚三种表型。为了解释不同基因型衰老起始时间不同的原因，作者对三种基因型各自进行了转录组测序，发现衰老相关基因的表达存在差异，且多个与植物防御相关的转录因子表达发生变化，但这些转录因子在对照组中也发生差异。因此，衰老起始差异不能仅通过转录组解释。
此外，作者还发现一些翻译起始因子的表达上调，这些因子与脱落酸信号转导及细胞程序性死亡相关，且衰老最早的基因型中表达最高。结果表明，随着环境变化，植物代谢过程被破坏，诱导翻译起始因子表达，使植物开始衰老。通过对内源水杨酸水平结合转录组结果证明水杨酸含量的变化可以影响一些转录因子的表达，而抑制水杨酸介导的转录也可以启动衰老过程，证明水杨酸在衰老过程的植物激素信号网络中存在重要作用，维持水杨酸信号通路可以在植物受到胁迫时抑制其衰老。
为了探明水杨酸信号通路如何调控衰老起始，作者构建了一个基因共表达网络，寻找到多个具有正相关的衰老相关基因及转录因子，发现水杨酸信号通路与多个氧化还原酶的表达存在正相关。
综上所述，秋季由于外界条件变化，加速了植物体内ROS合成，正常代谢被扰乱，导致植物衰老。水杨酸信号可激活多个抗氧化反应，推迟衰老的发生。因此没有水杨酸信号相应系统或作用较弱的植物衰老较早，而可以维持水杨酸信号水平的基因型衰老则较晚。这一过程可以被秋季诸多环境因素放大。 同时，作者利用多组学技术整合及全基因组关联研究结合性状筛选，具有巨大的研究潜力，对揭示衰老背后复杂的调控机制具有重要意义，且有望建立一套用于植物衰老相关的分子标记，对于相关研究有很大的价值。
DOI: 10.1038/s41467-023-39564-5
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