茉莉酸信号通路调控马尾松创伤树脂合成的多组学整合研究及其遗传改良潜力

　　本研究针对马尾松(Pinus massoniana)树脂产量提升的关键科学问题，通过创伤和茉莉酸甲酯(MeJA)诱导处理，整合生理学、代谢组学和转录组学分析，揭示了JA信号通路通过上调TPSs、CYP720Bs和HDRs等关键基因表达促进树脂合成的分子机制，发现PmHDR2基因与树脂产量显著正相关，为针叶树防御机制解析和树脂产业遗传改良提供理论依据。

　　

马尾松作为中国重要的树脂生产树种，其分泌的树脂不仅是工业原料，更是抵御病虫害的关键防御物质。然而，如何通过诱导手段提升树脂产量一直是产业瓶颈。传统树脂采集依赖创伤刺激，但对其分子调控机制认识有限。近期发表在《Industrial Crops and Products》的研究通过多学科交叉方法，系统解析了茉莉酸(JA)信号通路调控马尾松创伤树脂合成的分子网络。

研究团队采用3年生马尾松幼苗，设置创伤处理(CW)、茉莉酸甲酯(MeJA)处理(MI)及其组合处理(MW)，通过显微观察发现MeJA诱导形成创伤树脂道(TRDs)，其上皮细胞原生质浓密且缺乏明显鞘细胞。代谢组检测显示创伤使倍半萜含量增加23.59%，而MeJA促进单萜积累。转录组测序鉴定到108,101个基因，KEGG分析显示萜类骨架合成和JA信号转导通路显著富集。关键发现包括：JA合成基因LOX、AOS和OPR表达上调3-6倍，JA-Ile含量增加4.2倍；信号转导核心元件JAZ/TIFY和MYC被激活；MEP途径限速酶基因PmHDR2在木质部高表达，与树脂产量呈显著正相关(r=0.952)。转基因烟草验证表明，过表达PmHDR2使叶绿素含量提升35%，α-蒎烯等萜类物质积累增加2.8倍。

技术方法上，研究结合了：1)创伤树脂道显微观察技术；2)LC-MS/MS激素检测和HS-SPME-GC-MS代谢组分析；3)Illumina NovaSeq 6000转录组测序与差异基因筛选(FDR<0.05)；4)农杆菌介导的烟草遗传转化体系；5)广西地区高/低产树脂马尾松种质资源队列分析。

【形态与解剖结构变化】MeJA处理20天后，针叶基部出现树脂溢出，茎部形成TRDs，其数量较组成型树脂道(CRDs)增加2.1倍，证实外源MeJA可诱导防御结构形成。

【激素与代谢物变化】MW处理使JA-Ile、OPDA等茉莉酸类物质含量提升3-5倍，同时单萜合成酶活性增加2.3倍。代谢组检测到3-蒈烯等12种单萜和长叶烯等27种倍半萜的差异积累。

【转录调控网络】MW vs CI比较组鉴定到6,049个差异基因，JA合成通路中LOXs、AOSs表达上调4-8倍；信号转导元件JAZs和MYC2差异表达；MEP途径DXS2、HDR2等基因表达量增加3.5倍，CYP720B家族基因显著激活。

【PmHDR2功能验证】该基因在成熟茎木质部表达量是叶片的15倍，转基因烟草表现出生长加速、叶绿素a含量提升28%，并促进α- muurolene等萜类合成，证实其在碳流向萜类代谢的关键作用。

讨论部分指出，该研究首次绘制了JA-COI1-JAZ-MYC模块通过双重调控MVA和MEP途径基因表达促进树脂合成的分子图谱。特别值得注意的是，PmHDR2作为MEP途径终端酶，其表达模式与创伤刺激和树脂产量的时空动态高度吻合，可能是连接防御信号与代谢通路的枢纽基因。研究为针叶树防御响应机制提供了新见解，提出的"JA信号激活→TRDs形成→萜类合成基因上调"调控模型，为分子设计育种提升树脂产量提供了PmHDR2等关键靶点。未来需建立马尾松稳定转化体系，验证这些基因在宿主中的功能，并探索JAZ-MYC转录因子网络对下游基因的精确调控机制。

该成果的突出价值在于：1)阐明JA信号诱导树脂合成的生理与分子机制；2)鉴定到PmHDR2等可用于分子标记辅助育种的候选基因；3)开发的MeJA诱导技术可直接应用于树脂生产实践，为可持续林业资源开发提供新策略。