嫁接作为提高低温耐受性的有效手段已经成为日光温室黄瓜越冬栽培的配套措施之一，南瓜砧木不仅能保持黄瓜栽培品种的优良性状，还提高抗病及抗逆性，尤其低温耐受性。不同砧木调控的黄瓜耐低温效果不同，解析南瓜砧木调控黄瓜低温耐受性的分子机理则尤为重要。近年来随着分子生物学及生物信息学发展，mRNA、蛋白质等大分子长距离信号在砧穗间韧皮部运输的发现和深入研究，为揭示砧穗互作机制、精准调控逆境及产量和品质等提供有力依据。关于南瓜砧木与黄瓜接穗之间移动mRNA的特异性作用，已有大规模研究揭示其在低温胁迫下与脂肪酸及氨基酸代谢关联。然而，脂肪酸和氨基酸代谢如何具体提升抗寒性，以及南瓜砧木为增强黄瓜接穗抗寒性所运输的关键mRNA分子，这些机制仍有待进一步阐明。

近日，太阳成集团tyc33455高丽红教授及张文娜副教授团队在Nature Communications杂志在线发表了题目为“Root-to-Shoot Mobile mRNA CmoKARI1 Promotes JA-Ile Biosynthesis to Confer Chilling Tolerance in Grafted Cucumbers”的研究论文。该研究发现，嫁接黄瓜/南瓜中CmoKARI1 mRNA在低温条件下从南瓜砧木特异性运输至黄瓜接穗。翻译完成后，CmoKARI1参与异亮氨酸生物合成，进而促进JA-Ile的生物合成并激活JA-Ile信号通路以应对冷胁迫。 

该研究鉴定到南瓜砧木在低温胁迫下特异性向黄瓜接穗运输mRNA—CmoKARI1（酮酸还原异构酶）。该基因为编码支链氨基酸合成途径中的关键酶，仅在低温诱导时由南瓜根向黄瓜地上部运输，而黄瓜自身同源基因 CsaKARI1 不具备此能力。过表达 CmoKARI1 可显著提高黄瓜和拟南芥的低温耐受性，其机制是通过增加异亮氨酸（Ile）水平，进而促进活性茉莉酸-异亮氨酸（JA-Ile）合成，激活 JA-Ile 信号通路及下游 CBF-COR 冷响应基因，从而增强耐寒性。 

进一步试验表明，外源异亮氨酸或 JA-Ile 处理可模拟CmoKARI1过表达效应；而抑制 JA-Ile 合成（JAR1 抑制剂或基因沉默）则削弱转基因植株的耐寒性，证实了该通路对CmoKARI1介导耐冷性的必要性。这一发现不仅揭示了环境触发型mRNA长距离移动的新机制，也为作物抗逆育种和嫁接技术提供了重要的分子靶标和理论依据。

太阳成集团tyc33455在读博士张淼和已毕业博士刘雯倩（现为中国农业科学院作物研究所博士后），已毕业硕士王翠翠（现为中国化工报社项目经理），福州大学生物科学与工程学院在读博士林抒今为论文共同第一作者，太阳成集团tyc33455副教授张文娜为论文通讯作者。该研究得到了中国国家自然科学基金（32372792），2115太阳成集团tyc33455cc人才发展计划和中国农业科研专项基金（CAS-23）的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-63228-1

供图、供稿：高丽红/张文娜团队

编辑：王冰莹  蒋晓彤

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