扁桃（Prunus dulcis）在世界范围内广泛种植，果仁风味浓郁受到人们喜爱，具有重要的经济价值。国内的栽培扁桃主要分布在新疆喀什地区莎车县。但在该地区，开花期普遍过早，因此扁桃开花易受春季倒春寒的影响，造成花器官损伤或死亡，严重影响果实产量。迄今为止，关于扁桃开花的调控机制还尚不明确。
近日，新疆农业大学曾斌教授团队在《Plant Physiology and Biochemistry》（IF=6.1，JCR：Q1）发表题为“Comparative transcriptomic and hormone analyses reveal the molecular mechanisms regulating almond flowering stages”的研究型论文，该研究揭示了光周期途径基因和细胞分裂素型激素是影响扁桃开花时间的关键因素，为新疆优质晚花扁桃品种的后续选育提供参考。
该研究对中国新疆本土栽培扁桃品种‘晚丰’和美国原生品种‘Nonpareil’花的6个发育阶段（FP1、FP2、FP3、FP4、FP5和FP6）进行转录组测序，并采用比较转录组学方法鉴定差异表达基因，以确定这两个品种开花时间基因在不同开花阶段的表达特征。基于转录组学分析结果，选择4个关键花期（FP1、FP4、FP5和FP6）进行激素类型和含量检测，研究这4个花期中激素积累模式的变化。本研究首次利用转录组学和激素分析方法，探讨早、晚花期扁桃不同花期基因表达水平和激素积累模式，为进一步研究扁桃花期调控分子机制奠定基础。
研究人员收集了‘晚丰’和‘Nonpareil’开花时所需要的活动积温和有效积温数据，分析结果显示‘Nonpareil’开花较‘晚丰’需要更高的温度。差异表达基因的GO和KEGG富集分析结果表明，‘Nonpareil’扁桃需要更多的光合作用和更多的营养物质来完成开花过程。光周期途径和时间顺序基因共表达网络显示CDFs、GA2ox8、IAA7和WNK1四个调控开花时间的基因在FP5阶段显著表达，抑制了两个扁桃品种所需的发育时间。
图1 ‘晚丰’和‘Nonpareil’材料的收集。A：‘晚丰’和‘Nonpareil’花的形态特征。B：2022年3月和4月各日对应的活动积温数据和有效积温数据的线分布图。蓝色和红色线分别表示活动积温和有效积温。C：‘晚丰’和‘Nonpareil’花发育过程中有效积温和活动积温的条形图。
图2 差异基因分析。A：DEGs上调和下调变化量。B：Venn图。C：6个比较组间共有DEGs的GO富集分析结果。D：6个比较组中DEGs的显著GO分析。E：6个比较组中所有DEGs的KEGG通路显著性气泡图。F：6个比较组中下调DEGs的显著KEGG通路。G：6个比较组中上调DEGs的显著KEGG通路。
图3 参与春化、自主、赤霉素、温度和光周期途径的关键基因。黄色矩形代表春化途径中的基因，蓝色矩形代表自主途径中的基因，绿色矩形代表赤霉素途径中的基因，绿色矩形代表光周期途径中的基因。
图4 与开花时间基因相关的TO-GCNs分析。A：预测开花时间基因与转录因子之间的共表达网络关系。B：不同样本对应的网络中每个层次所有差异表达基因的总FPKM值的热图。C：10个亚共表达网络中9类DEGs的数量。
此外研究人员克隆了一对可能调控2个品种花蕾期发育进程的基因——PdSVP和PdAGL15基因，该基因在细胞核中互作。最终，通过整合了几个关键基因，构建了一个描述扁桃品种延迟开花发育的流程图。结果显示环境条件的变化延迟了‘Nonpareil’的开花。
图5 PdSVP和PdAGL15蛋白互作。A：蛋白质相互作用网络预测。红色圆圈节点代表关键候选基因。B：2个基因Pdu05534和Pdu17590在6个开花期的FPKM值和荧光定量表达水平。C：两种扁桃4个花期中茉莉酸积累的显著性热图。D：PdSVP和PdAGL15的亚细胞定位结果。E：PdSVP和PdAGL15双分子荧光互补结果。F：PdAGL15和PdSVP蛋白的酵母双杂交结果。G：PdAGL15和PdSVP互作调控‘晚丰’和‘Nonpareil’品种FP1期发育的流程图。
图6 延迟杏花发育流程图。向上的箭头表示需要增加相应的条件。虚线表示条件发生了变化。空心箭头表示抑制，实心箭头表示行动。双箭头表示蛋白质相互作用。
新疆农业大学园艺学院博士研究生张冬冬为第一作者，园艺学院青年教师余镇藩为共同第一作者，曾斌教授为该文的通讯作者。该研究受到2024年新疆维吾尔自治区重点研发任务专项“巴旦木良种选育及高效生产与贮藏加工关键技术研究与示范”（2024B02018）和新疆维吾尔自治区青年基金项目（2024D01B35）的资助。
文章信息：Zhang D, Yu Z, He Y, et al. Comparative transcriptomic and hormone analyses reveal the molecular mechanisms regulating almond flowering stages[J]. Plant Physiology and Biochemistry, 2025: 109676.
