空间转录组、基因编辑、DAP-seq 等技术挖掘低温感知核心调控基因，破解观赏菊季节性生长转换的关键机制

2026年7月27日，中国农业大学马超团队在Nature Communications发表文章，题为“CmDREBaregulates the perennial growth habit of chrysanthemum in response to prolonged chilling”。

该研究以菊花为材料，借助空间转录组、基因编辑、DAP-seq 等多组学与分子生化手段，挖掘低温感知核心调控基因，揭开多年生菊花响应长期低温、调控越冬莲座生长习性的分子通路，破解观赏菊季节性生长转换的关键机制，为菊花耐寒育种、花期与株型改良提供核心理论支撑。百迈客生物为该研究提供BMKMANU S1000空间转录组测序分析服务。

研究背景

为了适应温带季节性气候变化，多年生植物演化出了明显的季节性生长过渡，以支撑其越冬存活。在冬季，许多多年生植物通过抑制营养生长和开花来形成莲座生长习性，莲座习性使多年生器官的分生组织保持在不确定的待分化状态，同时保留快速生长与待恢复的开花能力，但协调这两个不同发育程序的机制尚不清楚。

菊花是极具代表性的多年生观赏花卉，分为需低温型（CD）和非需低温型（CI）两类：

• 需低温菊花不经长期低温处理会持续维持莲座状态，无法抽枝开花；
• 野生野菊（CI 型）无需低温即可正常伸长开花。

现有研究已知DREB冷响应通路调控植物耐寒性，MAF类MADS-box基因参与低温成花调控，但二者如何联动，共同介导菊花越冬莲座 – 伸长生长的季节转换，尚无明确答案。

研究结果

1、长期低温对菊花生长的调控位点集中在茎尖分生组织

菊花分为低温依赖型（CD）与低温非依赖型（CI），CD品种无长期低温会持续莲座、无法开花；4℃低温处理6周可完全满足其低温需求，恢复茎秆伸长与成花能力，4周低温处理效果显著偏弱。嫁接试验证实低温的调控作用仅发生在茎尖：未低温处理的接穗嫁接到低温砧木，依旧保持莲座、不能伸长开花；低温处理后的接穗嫁接到常温砧木，可正常抽枝并完成成花转换，证明长期低温赋予伸长与成花能力的作用位点为茎尖分生组织。

2、茎尖肋状区基因表达受低温剧烈重塑，锁定关键基因CmDREBa

该研究基于百创S1000空间转录组芯片构建常温、低温处理恢复后两组菊花茎尖空间转录组，共检测53180个基因，将茎尖组织划分为7个细胞类群。其中肋状区可依据低温处理分为两大类群，两类组织基因表达差异极大，筛选得到148个差异基因，功能富集于生殖发育、器官建成等通路，和低温后伸长、成花能力获得直接相关。在差异基因中发现DREB1家族转录因子CmDREBa，常温未低温茎尖中该基因高表达，低温处理过程中表达上升，回暖恢复生长后表达急剧下调；原位杂交也验证CmDREBa主要富集于茎尖肋状区。

3、CmDREBa是抑制茎秆伸长、阻断开花的核心负调控因子

沉默CmDREBa后，低温依赖型菊花植株株高显著增加，无需低温即可在短日照条件下提前开花，证明CmDREBa会同时抑制营养伸长与成花。对比CD、CI型菊花常温表达量：CD型CmDREBa表达量高出CI型近278倍，高表达和莲座表型高度绑定；二者CmDREBa蛋白仅1个氨基酸差异，低温诱导表达模式保守，启动子序列相似度 98.4%，组蛋白修饰H3K36me3富集差异或是两类菊花表达悬殊的表观调控原因。

过表达CmDREBa后，CI 型野菊植株明显矮化，顶端形成莲座，短日照下150天无花芽；同时过表达株系低温胁迫下分生组织存活率更高，CmDREBa同时提升植株抗寒能力。而基于CRISPR敲除CmDREBa后，株高无明显变化，但开花时间大幅提前，进一步验证该基因抑制成花的核心功能。

4、CmDREBa直接结合并激活MAF家族抑制基因CmMAF-like1/2

通过DAP-seq全基因组筛选CmDREBa结合位点，共获得12万余结合峰，富集经典 DRE顺式作用元件CCGAC，靶基因富集分生组织发育、花器官建成、逆境响应通路。联合RNA-seq筛选CmDREBa过表达差异基因，交集得到262个直接靶标，其中包含2个MAF家族基因CmMAF-like1、CmMAF-like2；基因组定位发现二者位于7号染色体MAF 基因簇。ChIP-qPCR、EMSA、双荧光素酶试验多重验证，CmDREBa蛋白可直接结合两个MAF基因启动子的DRE元件，并显著激活其转录；基因表达检测显示CmDREBa过表达植株中MAF基因上调，敲除突变体中MAF基因表达显著下降。

5、CmMAF-like1/2承接上游信号，介导莲座形成、抑制开花

CmMAF-like1与CmMAF-like2序列相似度达93.1%，表达模式和CmDREBa完全同步：常温莲座茎尖高表达，长期低温后显著下调，CD型菊花本底表达远高于CI 型。CD菊花双沉默CmMAF-like1/2后，植株长高，无需低温就能完成开花，复刻CmDREBa沉默的表型；CI 菊花过表达CmMAF-like1后植株矮化、完全无法形成花芽；在CmDREBa过表达株系中沉默MAF-like基因，可部分恢复植株高度与开花能力，明确CmDREBa通过激活CmMAF-like1/2实现对伸长生长、开花的双重抑制。

研究总结

该研究借助百创S1000高分辨率空间转录组精准定位菊花茎尖肋状区是低温调控季节性生长的核心区域，明确4℃6周低温可解除莲座抑制、恢复伸长与开花能力。

研究完整解析调控通路：低温诱导CmDREBa高表达，该转录因子直接激活下游CmMAF-like1/2，同步抑制茎秆伸长与花芽分化，促成越冬莲座并提升分生组织耐寒性；春季升温后CmDREBa表达下调，抑制效应解除，菊花恢复正常生长开花。

该通路区别于拟南芥FLC型春化机制，填补宿根花卉越冬发育调控空白，空间转录组也解决了传统测序无法区分组织空间表达差异的难题。CmDREBa与CmMAF-like 可作为菊花株型、花期、耐寒分子育种靶点，也为草莓、芍药等多年生花卉遗传改良提供参考。