Manikandan Veerabagu、Christiaan van der Schoot、Veronika Turečková、Danuše Tarkowská、Miroslav Strnad 和 Päivi L. H. Rinne 等研究者共同完成了题为“Light on perenniality: para-dormancy is based on ABA-GA antagonism and endo-dormancy on the shutdown of GA biosynthesis”的原创研究。这篇论文发表于2023年的《Plant Cell & Environment》期刊，DOI: 10.1111/pce.14562。以下是这篇文献的研究背景、工作流程、主要结果、结论意义和亮点的详细介绍。

研究背景

本研究聚焦于植物学领域，尤其是多年生植物休眠（dormancy）机制的探讨。多年生植物的季节性活动如枝条生长或停止对其生存至关重要，而其背后的分子机制却仍然未被完全揭示。植物休眠一般分为顶端生长主导的副休眠（para-dormancy）和由短光周期诱导的内源休眠（endo-dormancy）。副休眠中，腋芽（axillary buds, AXBs）的生长被顶端茎限制，而内源休眠则需要冷处理才能解除。现有研究表明脱落酸（Abscisic Acid, ABA）和赤霉素（Gibberellins, GA）在保持和解除这些休眠状态中起关键作用，但具体调控作用和信号通路仍需要更深入的研究。本研究旨在通过分析混合山杨（Populus tremula x P. tremuloides）中的两种休眠现象，详细探讨ABA和GA在其中的角色和相互关系。

研究的流程和实验设计

本研究分为多部分实验流程，系统性地探讨了ABA和GA在副休眠与内源休眠中的作用。

实验材料与生长环境

作者以混合山杨（clone T89）作为实验对象，这些样本通过体外培养繁殖，并种植于泥炭和珍珠岩混合基质中，经受控条件下长光周期生长，约为20°C 60%相对湿度。光强调整为200 µmol m−2 s−1。实验设计中通过如下处理探讨ABA和GA的作用：1）使用抑制ABA生物合成的化学处理剂氟利酮（Fluridone, FD）；2）ABA补充实验；3）短光周期（10小时光周期）。

I. 副休眠与FD处理实验

此部分实验旨在探讨在长光周期条件下ABA对腋芽副休眠的调控作用。 - 方法：以氟利酮（FD）处理混合山杨来阻断ABA合成，剂量为每天1mg。原代腋芽在长光周期下经历8天FD处理，对比ABA和GA相关基因表达、激素水平和腋芽萌发行为。 - 实验环节：采集茎顶端、不同节位腋芽样本，并采用qRT-PCR分析相关基因表达变化，同时使用LC-MS进行ABA、GA及其代谢物检测。

II. 内源休眠诱导与测试

此部分实验探讨短光周期对ABA水平和GA生物合成的影响。 - 方法：将长光周期生长的植株暴露于短光周期（10小时光周期），通过3周和6周时间点探测腋芽和顶端休眠形成的动态变化。 - 处理与评估：包括ABA补充实验、冷处理实验以及分子水平检测（包括基因表达、DNA甲基化分析等）。

III. 数据分析方法与生物信息学工具

数据分析使用GraphPad Prism对基因表达和代谢物水平实施统计检验，DNA甲基化水平通过Bisulfite测序分析，GA3ox2启动子区域的TF结合位点分析使用PlantPan 3.0工具。此外，使用光学/电子显微镜鉴定胼胝质（callose）沉积变化及脂质体（Lipid Bodies, LBs）累积状况。

实验的主要结果

以下总结各实验的关键发现：

副休眠的主要结果

1. FD显著降低ABA水平：使用FD处理后，各节位腋芽和顶端ABA水平显著减少，其中ABA合成相关基因NCED6在长光周期下FD处理后表达水平下降，代谢产物（如Phaseic Acid，PA）也同步减少。
2. FD打破腋芽副休眠：FD处理引发腋芽从副休眠中“激活”，表现为腋芽萌发并生长，且该影响沿节间具有向上和向下传播的趋势。
3. GA水平调控萌发：GA去活化基因（如GA2ox3）在FD处理后显著下调，而GA3ox2等促进GA合成的基因上调，表明FD通过提升GA信号传导水平促进腋芽激活。

内源休眠的主要结果

1. 短光周期诱导的GA抑制作用：GA3ox2在短光周期下的表达显著下调，且这种抑制不依赖ABA，说明短光周期直接抑制GA合成。
2. ABA与内源休眠的关系有限：尽管短光周期诱导ABA水平增加，但采用FD阻断ABA合成后，短光周期仍能诱导腋芽和顶芽的休眠形成，表明ABA对内源休眠并非决定因素。
3. DNA甲基化与GA合成抑制：基于Bisulfite测序的GA3ox2启动子区域分析发现，短光周期特异性诱导CHG区域的高甲基化状态，而冷处理解除休眠时甲基化水平降低。

胼胝质和脂质体相关的分子机制

• 胼胝质代谢受ABA-GA调控：GA缺乏导致胼胝质在胞间连丝（Plasmodesmata, PD）处持续积累，而GA4通过调控特异性1,3-β-葡聚糖酶减少胼胝质沉积。
• 脂质体生成与ABA关系：短光周期下，ABA调控脂质体相关基因（如OLE6和LDAP1B）表达，并促进脂质体累积，缺失ABA的FD处理植株表现出显著的抗逆性减弱。

总结与结论

本研究系统性解析了ABA与GA两条信号通路在多年生植物休眠中的区别性作用： 1. 对副休眠的影响：ABA通过持续去活化GA信号维持腋芽的副休眠状态；ABA水平的降低通过增强GA信号有效解除副休眠。 2. 对内源休眠的影响：内源休眠的建立主要依赖于短光周期直接抑制GA合成，与ABA无关键关系，但ABA参与植物应对环境胁迫的适应机制。 3. 分子调控机制：DNA甲基化可能作为光周期诱导休眠建立的分子开关，标志性基因如GA3ox2的CHG甲基化形成动态调节控制。

研究亮点

1. 揭示了ABA-GA拮抗在副休眠和内源休眠中的不同作用。
2. 发现短光周期通过DNA甲基化调控GA3ox2表达的机制，进一步阐释了多年生植物内源休眠的分子基础。
3. 首次明确短光周期可诱导腋芽和顶芽休眠，而不依赖ABA水平变化。

此研究不仅在植物发育生物学领域中具有重要理论价值，还可能为农业生产中通过调控植物分枝或冬季休眠提供新的技术思路和策略。