植物也懂高效供暖？研究揭示玉兰开花“双通路协同”供能机制

  生热植物凭借自主调控花器官温度的独特能力，在植物界繁殖竞争中占据优势。它们通过短时间内爆发式释放热能维持花部适宜温度，促进花粉萌发、加速花香挥发以吸引昆虫访花，进而显著提升受精与结实效率。而其背后线粒体能量代谢的精密调控机制，一直是植物学领域的研究热点。

  然而，由于线粒体的复杂动态特性，使得解析短时间、高强度生热过程中的代谢调控网络，成为领域内的研究瓶颈。近日，北京林业大学王若涵教授团队针对这一核心瓶颈持续攻关，在国际植物学权威期刊《植物生物技术杂志》在线发表研究论文。通过创新性构建“线粒体饲喂+同位素示踪+多组学”整合技术体系，成功揭示了木兰科玉兰开花生热过程中丙酮酸“双通路协同”供能新机制，颠覆了植物学领域对丙酮酸代谢的传统认知，为解析树木能量代谢高效转换机制提供了全新技术范式。

  丙酮酸作为细胞呼吸关键中间产物，是植物产热的核心“燃料”。传统观点认为，植物线粒体中的丙酮酸主要依赖线粒体丙酮酸载体（MPC）从细胞质运输进入，而NAD -苹果酸酶（NAD-ME）介导的线粒体内丙酮酸合成仅为“应急途径”，仅在MPC功能受损时启动。

  王若涵介绍，开花生热通过局部热量短时间内大量释放，保护花器官免受低温伤害，并吸引昆虫访花，促进受精结实，是植物适应性进化中一项巧妙的繁殖策略。对植物产热能量代谢机制的深度解析，对农林育种生产力提升及生物工程等领域具有重要的应用潜力。玉兰早春开花生热高峰期，MPC介导的胞质丙酮酸输入与NAD-ME介导的线粒体内丙酮酸合成形成“双通路协同”模式，共同支撑高强度产热需求。巧妙的是，当双通路协同作用时，NAD-ME来源的丙酮酸对三羧酸（TCA）循环的贡献显著高于MPC途径。这一发现得到了国际同行的高度认可，不仅打破了植物丙酮酸代谢的传统认知，更填补了植物短时间高强度生热代谢调控机制的研究空白。

  MPC与NAD-ME来源丙酮酸对TCA循环的贡献解析

  除丙酮酸代谢的发现外，团队进一步解析了产热高峰期的“多底物协同供能网络”：糖酵解、三羧酸（TCA）循环、氧化磷酸化等核心能量通路关键基因被显著激活；50%的ATP合酶基因显著下调，暗示玉兰产热时会主动“牺牲”部分ATP合成，将能量分配重心向“热量释放”倾斜，这与产热期交替氧化酶（AOX）的高表达形成协同，共同将能量以热量形式高效释放。

  靶向脂质组分析显示，产热期63.6%的脂肪酸含量显著下降，甘油三酯（TG）快速降解；同时，脂肪酸β-氧化通路关键酶基因高表达，表明脂肪酸可通过β- 氧化生成乙酰-CoA汇入TCA循环。此外，丙氨酸转氨酶（AlaAT）和谷氨酸脱氢酶（GDH）基因的上调，进一步揭示氨基酸可通过转氨基、脱氨基作用转化为 TCA 循环中间产物。最终形成“碳水化合物-脂肪酸-氨基酸”多底物联动供能模式，为爆发式产热提供充足能量保障。

  玉兰生热时多来源底物协同供应模式

  该研究创新构建“线粒体饲喂+同位素示踪+多组学”整合技术体系，不仅完整解析了植物产热的多底物协同调控机制，打破了传统单一底物研究的壁垒，更为解析树木复杂能量调控网络提供了普适性技术方案，同时为模式与非模式植物能量代谢研究奠定了可复用的方法学参考。

  北京林业大学在读博士研究生王思钦为第一作者，王若涵为通讯作者，课题组多名研究生参与研究。（记者蔡琳）

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