北京林业大学王若涵团队解码花芽休眠解除的“能量开关”

花芽休眠是植物适应环境变化的关键生殖策略。木兰科作为现存最古老的开花植物类群之一，是植物科学研究的“活化石”。其代表种玉兰（Magnolia denudata）不仅是典型的早春大花乔木，更兼具开花生热的适应特性，其花芽休眠机制在长期适应性进化中扮演了连接系统发育原始性与环境适应性的双重角色。然而，如何捕捉开花植物花芽休眠解除的动态节点一直是植物休眠研究领域的难点，其解除机制仍缺乏深入解析。

近日，北京林业大学王若涵教授团队在国际生物学权威期刊International Journal of Biological Macromolecules在线发表了题为

Integrating mitoflash, energy substrate, and hormone analyses to advance the understanding of Magnolia endodormancy mechanisms

线粒体炫启动休眠解除

通过对花芽细胞内线粒体炫（Mitoflash）实时成像，发现线粒体炫频率在花芽内休眠解除期显著升高，与活性氧（ROS）化合物含量及抗氧化基因表达动态高度吻合。作为线粒体氧化还原状态的重要指标，mitoflash 的高频爆发预示着线粒体能量代谢的激活，可作为花芽休眠解除的关键生理信号，这一发现为实时追踪植物休眠进程及其能量代谢提供了新的动态信号，为非模式植物的休眠研究提供了新方法参考。

能量底物协作实现储能到供能转换

含量测定表明，淀粉在深休眠期积累，内休眠解除后降解为葡萄糖，游离脂肪酸（FFA）和甘油三酯在内休眠解除时被显著消耗。通过解析能量代谢相关基因的表达谱与靶向脂质组，发现内休眠解除时，与糖代谢相关的基因大多上调。同时，与脂肪酸降解和亚油酸代谢相关的代谢物显著上调，证实了内休眠解除时能量供应和代谢水平的增加。结合能量底物的依赖性分析，发现休眠进程中线粒体能量来源主要依赖于丙酮酸和脂肪酸的氧化，以上能量底物协作共同促进了花芽内休眠的解除，为理解环境适应下植物如何优化能量分配以确保内休眠解除和成功开花提供了依据。

激素博弈与MdMYB91的关键角色

通过解析激素相关基因的表达谱与含量测定，发现休眠解除过程中，活性赤霉素（主要是GA3）和脱落酸（ABA）变化呈现拮抗，进一步对差异表达转录因子（TFs）与GA和ABA生物合成及信号传导相关基因的共表达分析，发现MdPP2C37-like和转录因子MdMYB91与内休眠解除密切相关，并且在外源施加ABA后，MdMYB91和MdPP2C37-like的表达均上调。通过双荧光素酶报告基因实验和酵母单杂实验，发现MdMYB91能够直接与MdPP2C37-like的启动子结合以负调控其表达，这表明MdMYB91可能通过影响ABA信号传导，从而参与花芽休眠调控。

该研究系统整合了线粒体炫动态、能量代谢和激素信号，建立了玉兰花芽休眠解除的多维调控模型（图1），揭示了 “需冷量积累→线粒体炫激活→能量代谢转换→激素平衡打破” 的路径。研究成果不仅深化了对花芽休眠的认知，还为追踪休眠解除提供了以线粒体炫为动态监测信号的新方法，有助于更深入地认识植物休眠的复杂能量调控网络，为理解植物-环境互作及生态适应提供更广阔的科学依据。

图1 玉兰花芽内休眠解除的“三重”调控模型

北京林业大学博士研究生王思钦和于淼为论文共同第一作者，王若涵教授为通讯作者，本研究得到了国家自然科学基金项目的支持。

https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2025.144333

作者简介：

通讯作者：王若涵，博士，北京林业大学教授，博士生导师。致力于植物生长发育及能量代谢调控，林木种质资源筛选保护及应用等方面研究，主持国家自然科学基金项目，国家“十三五”及“十四五”重点研发子课题及国家林草局课题等国家级项目，撰写国家级规划教材及著作3部，获批国家发明专利6项，近年来，在《Plant Physiology》、《Plant Journal》、《Plant Cell & Environment》及《中国科学-生命科学》、《科学通报》等国内外权威期刊发表学术论文30余篇。创制木兰科树种种质高效筛选及繁育技术，在北京、广东、贵州、河北等省市数家企业推广应用，取得了显著的生态、经济和社会效益，研究成果获北京市优秀青年科技论文一等奖等荣誉称号。