图1：仁用杏、杨树和拟南芥LEA家族成员的系统发育、共线性分析和PasLEA基因簇形成的假说机制

图2：PasLEA蛋白互作研究

图3：PasLEA3-2和Pasdehydrin-3转基因拟南芥抗寒性，以及根长、叶片长宽、果荚长度均明显提高

仁用杏是我国“三北地区”重要的生态经济型干果树种、木本油料树种和植物蛋白饮料树种，具有重要的生态、社会和经济价值。目前仁用杏生产中存在的最大问题是开花早，花期和幼果期易遭受晚霜、寒流的危害，导致减产甚至绝收，因此实现花期的人为调控是解决仁用杏低产和不稳产的有效途径之一。在前期对仁用杏“优一”花芽3个发育时期（花芽萌动前期、花芽萌动期、露红期）的数字基因表达谱研究发现，胚胎发育晚期丰富蛋白（late embryogenesis abundant protein，LEA）家族的unigene基因在花芽休眠和萌发的不同时期的表达存在显著差异性，可能在花芽休眠及休眠解除中起重要作用。

进一步研究共鉴定到54个仁用杏PasLEAs成员，开展了仁用杏、杨树和拟南芥物种间的LEA家族成员的系统发育树构建、基因组间共线性分析，全基因组复制、片段重复、串联重复等复制事件参与了仁用杏LEA基因家族的扩张和功能多样化。在对PasLEAs家族基因在不同组织（花芽和茎段）和不同休眠、萌发时期（生理休眠、生态休眠、发芽期和萌发期）进行表达模式分析的基础上，开展了具有代表性的家族成员的亚细胞定位和基因共表达网络分析，发现PasLEAs与参与休眠、休眠解除或低温胁迫相关的PasSer/Thr、PasWRKY、PaEREBP等基因协同作用，调控仁用杏芽休眠、萌发和抗寒性。酵母双杂交和双分子荧光互补(BiFC)技术发现，PasLEA1-2与PasERD4、PasLEA3-1与PasXTH9、Pasdehydrin-3与PasCBF1、PasSMP-3与PasEXPA22等抗寒、细胞壁松弛和重排以及花粉管功能维持相关的蛋白有相互作用。PasLEAs转化酵母的研究发现，PasLEA3-2和Pasdehydrin-3转化的酵母菌在低温条件（-20°C）下能正常生长。在低温胁迫下，PasLEA3-2和Pasdehydrin-3转基因拟南芥的叶片长宽、根长、果荚长度、生存率、结实率，以及SOD活性和脯氨酸含量均显著高于对照，开花时间和抽薹时间均明显比对照短，相对电导率和MDA含量均明显比对照低，表明PasLEA3-2和Pasdehydrin-3过表达的拟南芥抗寒性和种子结实率显著提高，花期明显提前。酵母单杂交研究发现，PasLEA3-2和Pasdehydrin-3受到与逆境胁迫、花分生组织分化有关的基因，如PasGBF4、PasDOF3.5、PasDOF2.4、PasDnaJ2和PasAP2的调控作用。该研究为解决仁用杏花期早、易受霜冻危害的生产问题提供理论指导，并获得促进植物抗寒且提前开花的基因资源，为进一步通过遗传操作精准调控仁用杏花期和解决倒春寒问题奠定良好基础。

近日上述研究工作以题为“Genome-wide and functional analysis of late embryogenesis abundant (LEA) genes during dormancy and sprouting periods of kernel consumption apricots (P.armeniacaL. ×P.sibiricaL.)”的研究论文在线发表于《International Journal of Biological Macromolecules》（中科院一区，IF=7.7）杂志上。华林中心用材林、灌木经济林研究室李少锋副研究员为论文第一作者。另外，该项目还发现一个与仁用杏花芽休眠、萌发相关且具有抗寒性的重要基因PaPIP1-2，并公开了其实施方式和应用效果，近期获得国家发明专利授权（专利号ZL202310543575.7）。该研究得到了中国林科院基本科研业务费专项资金（CAFYBB2018MA003、CAFYBB2020QD001）和国家自然科学基金（31770705、31400570）等项目资助。