华中农业大学在揭示百合细胞分裂素途径LiRR12/14通过调节蔗糖代谢影响鳞茎发育机理方面取得新进展

核心提示：研究利用空间转录组技术，揭示了百合鳞茎发育过程中细胞分裂素信号通路的关键调控因子LiRR12和LiRR14，并阐明了二者通过调节蔗糖代谢影响鳞茎形成的分子机制。……（世界食品网-www.shijieshipin.com）

近日，华中农业大学园艺林学学院、果蔬园艺作物种质创新与利用全国重点实验室、湖北洪山实验室产祝龙教授团队在Plant Physiology在线发表了题为“Spatial transcriptome uncovers LiRR12/14 as cytokinin regulators of lily bulblet development through modulating sucrose metabolism”的研究论文。研究利用空间转录组技术，揭示了百合鳞茎发育过程中细胞分裂素信号通路的关键调控因子LiRR12和LiRR14，并阐明了二者通过调节蔗糖代谢影响鳞茎形成的分子机制。

　　百合（Lilium spp.）作为全球重要的球根花卉，兼具观赏、食用与药用价值。鳞茎是百合的主要繁殖器官，繁殖过程包括起始和膨大两个阶段。细胞分裂素（Cytokinin）已被证实能够促进百合鳞茎的形成，然而其背后的分子调控机制长期以来尚不清楚。传统研究多聚焦于离体条件下的鳞茎发生，而对自然繁殖过程中鳞茎发育的分子调控网络缺乏系统认知。此外，蔗糖代谢信号被视为鳞茎起始过程中的关键调控节点。然而，细胞分裂素信号如何与蔗糖代谢协同调控鳞茎发育，仍是亟待解决的科学问题。

　　研究聚焦于百合鳞茎再生与膨大的时空调控机制，旨在解析激素与糖信号交叉的分子网络，为缩短百合种球繁殖周期提供理论支撑。团队利用空间转录组技术，在百合鳞茎形成过程中发现主要细胞层在激素代谢与碳水化合物代谢通路中具有紧密的时空协同关系。

　　在此基础上，研究揭示了细胞分裂素对蔗糖代谢的阶段特异性调控模式：在鳞茎再生期，细胞分裂素加速蔗糖降解，为形态建成提供碳源与能量；而在鳞茎膨大期，则促进蔗糖与淀粉的合成，推动鳞茎体积增长。从百合中鉴定出两个B型响应调节因子——LiRR12和LiRR14，并证实二者为细胞分裂素信号通路中正向调控鳞茎发育的核心转录因子。通过基因沉默实验，发现抑制LiRR12/14的表达会显著抑制鳞茎的再生与膨大；而异源表达（拟南芥）则能显著促进地上部分的生长。

　　更为关键的是，LiRR12和LiRR14在鳞茎发育不同阶段分别激活下游特定的代谢基因：在起始阶段，LiRR14直接转录激活细胞壁转化酶基因LiCWIN4，加速蔗糖水解；在膨大阶段，LiRR12和LiRR14分别激活蔗糖磷酸合成酶基因LiSPS3和淀粉合成酶基因LiSSS1，促进蔗糖生物合成与淀粉积累。

　　本研究阐明了细胞分裂素信号通过LiRR12/14-蔗糖代谢模块，实现鳞茎发育从起始到膨大的有序调控。这一发现不仅深化了我们对百合无性繁殖过程中激素-糖信号互作机制的认识，也为通过分子设计育种或外源调控手段加速百合种球繁殖提供了明确的基因靶点和理论依据。

　　华中农业大学园艺林学学院已毕业博士生邬思敏为该论文第一作者，产祝龙教授、王艳平副教授、向林副研究员以及荷兰瓦赫宁根大学Paul Arens教授为论文通讯作者。南京农业大学滕年军教授、云南大学吴学尉教授、云南现代农业产业研究院邓宏林老师及课题组其他成员也对本研究提供了建议和帮助。该研究得到了国家重点研发计划等项目的资助。

　　【英文摘要】

　　Bulblet initiation and expansion are critical developmental phases in lily, which were actively regulated by hormone and carbohydrate metabolism. However, the integrative molecular mechanisms linking these pathways remain poorly understood. Here, we delineated nine major cell layers during bulblets formation using spatial transcriptome and found their transcriptional programs to be enriched in hormone and carbohydrate metabolism pathways. We demonstrated that cytokinin accelerates sucrose degradation during bulblet regeneration stage and promotes sucrose and starch synthesis during bulblet expansion. Two type-B response regulators （RRs）， LiRR12 and LiRR14, were characterized as key positive regulators of this process. Silencing LiRR12 and LiRR14 suppressed bulblet regeneration and expansion, while transient overexpression in lily and heterologous expression in Arabidopsis promoted plant aboveground growth. Further evidences indicated that LiRR14 transcriptionally activates LiCWIN4 to accelerate sucrose hydrolysis, thereby promoting bulblet regeneration. Subsequently, LiRR12 and LiRR14 activate LiSPS3 and LiSSS1, respectively, to enhance sucrose biosynthesis and starch accumulation, ultimately promoting bulblet expansion. Collectively, our findings establish LiRR12 and LiRR14 as central regulators that integrate cytokinin signaling with stage-specific carbohydrate metabolism to organize lily bulblet development.

　　论文链接：https://doi.org/10.1093/plphys/kiag538

日期：2026-08-07