SCLS | 湖南大学等多单位联合撰写“植物种子休眠与萌发调控网络”长篇英文综述

种子作为大多数开花植物的主要繁殖器官，在植物生命周期中扮演着至关重要的角色。种子休眠与萌发调控作为植物生命周期的核心调控环节，标志着种子从代谢静息状态向代谢活化状态的转变过程。该过程不仅深刻影响植物个体成活率与环境适应能力，更是物种自然群落动态更新、作物高效安全繁育及可持续农业生产的关键生物学基础。种子休眠与萌发过程受到多种内源信号物质和外界环境因子（如光照、温度和水分等）的协同控制。近年来，随着对种子休眠与萌发生物学机制研究的持续深入，其在揭示生命过程基本规律与作物性状改良方面的科学价值与应用潜力愈发凸显。

近日，湖南大学等多家高校及科研机构联合在SCIENCE CHINA Life Sciences在线发表了题为Holistic Overview of Regulatory Networks Governing Seed Dormancy and Germination in Plants的长篇英文综述。该综述以长篇幅（约2.2万字，750余篇文献）系统性梳理了植物种子休眠与萌发领域的历史、进展、应用与展望，为相关领域的理论创新与育种实践提供了重要理论支撑和思路指引。

该综述第一部分“From seed to seedling: establishment and release of seed dormancy”概述了种子从形成到萌发的完整发育历程，明确了不同类型种子休眠的分类标准及解除机制，并梳理了种子休眠释放与萌发阶段受遗传与环境因子协同调控的总体框架（图1）。

图1. 多种信号调控拟南芥及其他植物种子萌发的网络示意图

该综述第二部分“Regulatory effects of plant hormones on seed dormancy and germination”系统梳理了脱落酸、赤霉素、乙烯、生长素、油菜素内酯、细胞分裂素、茉莉酸及独脚金内酯等不同植物激素对种子休眠与萌发的调控网络，从激素合成与代谢、信号转导途径及关键组分三个层面，阐述了植物激素在种子休眠建立、维持、解除及萌发启动中的调控作用，并进一步阐释了多种激素通过精密互作协同调控种子从休眠到萌发状态转换的机制（图2）。

图2. 植物激素调控种子休眠与萌发的信号网络

该综述第三部分“DOG1: heme-anchored integrator of dormancy cues”聚焦种子休眠关键调控因子DOG1，系统概述了其在双子叶与单子叶植物中的保守生物学功能，并强调了其在种子成熟及休眠形成过程中的关键作用；从多层级视角总结了DOG1的主要调控机制，梳理了其与激素信号及环境因子间的互作关系，最终提出DOG1作为整合多种休眠信号的关键信号节点，在决定种子休眠深度及萌发时机的调控中发挥核心作用（图3）。

图. 3 DOG1在种子休眠调节中的多层次调控模型

该综述第四部分“Effects of environmental cues on seed dormancy and germination”系统归纳了光照、温度、氮素、水分、氧气及烟雾等环境信号对种子休眠与萌发的调控作用，并概述了其在种子发育、成熟及土壤种子库储藏阶段共同影响休眠与萌发的规律；同时强调环境信号通过信号感知与传递，与脱落酸和赤霉素等激素调控网络实现多层级交互整合，最终精细塑造不同物种的种子生态适应策略（图4）。

图4. 多种环境因子调控种子萌发的信号网络示意图

该综述第五部分“Insights into the multilayered regulation of seed dormancy and germination”从转录、翻译及翻译后调控、小RNA及表观遗传修饰等多维度概括了种子休眠与萌发的多层级调控网络，揭示了这些分子模块与激素及环境信号网络的耦合机制，共同决定种子休眠与萌发进程（图5）。该综述第六部分“Spatial and mechanical insights into seed dormancy and germination”则从空间结构与力学视角阐释了胚根膨大与种皮/胚乳力学约束的关联，强调细胞壁重塑、表皮及角质层等组织结构对激素分布与萌发的关键影响，并指出结合空间转录组学和单细胞测序技术解析种子内部力学—信号协同机制具有重要研究价值（图5）。

图5. 种子萌发调控的多层级网络示意图

最后，该综述指出未来相关研究应面向更复杂多样的生态环境条件，深入解析极端环境条件下种子休眠与萌发的科学规律，进一步关注种子内在的时间与空间调控机制，探究其他生物代谢产物等新型信号物质对休眠和萌发过程的影响及其与激素等经典信号途径的互作关系。同时，应将研究对象从模式植物拓展至非模式物种，深入解析物种特异性萌发策略，并阐明关键基因在不同物种间的差异化调控机制。综述进一步强调，未来应完善多层级网络模型，联合多组学与单细胞测序等新兴技术挖掘新的调控模块，并依托表型组学平台与人工智能辅助图像分析开展大规模表型解析与基因、性状关联研究，将种子质量、寿命等指标纳入作物品种综合评价体系，从而实现休眠/萌发性状的系统优化，推动基础研究向应用转化，服务于可持续农业生产实践。

南京林业大学青年教师何坤容为该综述第一作者，中国科学院西双版纳热带植物园韩笑副研究员、浙江大学宋士勇教授、中国科学院昆明植物研究所曹德昌副研究员、河南大学陈敏教授、首都师范大学施慧教授、中国农业科学院深圳农业基因组所向勇研究员、西北工业大学舒凯教授、中国水稻研究所陈颖研究员、西北农林科技大学郑远教授中国科学院分子植物科学卓越创新中心赵春钊研究员、中国科学院植物研究所刘永秀研究员及湖南大学胡彦如教授为该综述共同通讯作者。该研究获得国家自然科学基金、湖南省自然科学基金、岳麓山实验室种业专项、云南省应用基础研究计划及江苏省高等学校自然科学研究项目的资助。

全文链接：

https://www.sciengine.com/SCLS/doi/10.1007/s11427-025-3157-8