航天诱变"德钦"紫花苜蓿叶片增大的分子机制：多组学联合解析能量代谢与激素调控网络

本研究针对四倍体苜蓿(Medicago sativa L.)育种中优良性状整合难题，通过航天诱变技术获得叶片增大突变体，综合运用转录组学、靶向激素代谢组学和显微结构分析，揭示了核糖体代谢、氨基酸合成、光合作用等通路协同调控的分子机制，发现ABA、JA等5种激素含量显著升高，鉴定出MsG0380013794.01等3个关键靶基因，为高产品种选育提供理论依据和遗传资源。

　　

在牧草育种领域，紫花苜蓿因其高蛋白含量被誉为"牧草之王"，但其四倍体基因组复杂性和自交不亲和性导致育种进程缓慢。传统育种方法难以实现多基因协同改良，而航天诱变技术通过太空特殊环境诱导染色体结构变异和DNA甲基化动态变化，为创制新种质提供了突破口。云南农业大学的研究团队发现，经长征五号B火箭搭载的"德钦"苜蓿种子在田间筛选中获得叶片面积增大205.91%的突变体，但其分子机制尚不明确。

研究人员采用LI-6800光合仪测定气体交换参数，结合冷冻扫描电镜观察细胞超微结构变化，通过Illumina HiSeq 4000平台进行转录组测序，并运用UPLC-Q Exactive系统开展靶向激素代谢组分析。关键发现包括：

形态和细胞学变化
突变体叶片面积增加206.25%，表皮细胞长度和宽度分别增加45.29%和49.71%，栅栏组织和海绵组织厚度显著增加14.82%和17.69%。

转录组分析
鉴定出28,060个表达基因，其中差异基因4,091个。光合通路中PsaF、Psb27等PSI/PSII组分基因显著上调，淀粉代谢途径GPI1、PGMP基因表达量增加2倍以上。

激素代谢调控
ABA和JA含量分别增加200.76%和98.35%，而水杨酸(SA)降低62.21%。TIFY3B等JA信号基因上调，PYL4等ABA受体基因表达增强。

蛋白互作网络
PPI分析显示PGI1(磷酸葡萄糖异构酶)、CSY3(柠檬酸合酶)和TIM(磷酸丙糖异构酶)构成核心调控节点。

该研究首次阐明航天诱变苜蓿叶片增大的三重调控机制：通过增强PSI/PSII复合体活性提升光合效率；激活IAA和ABA信号通路促进细胞扩张；重构苯丙烷代谢增强细胞壁强度。发现的MsG0380013794.01等靶基因为分子设计育种提供了新工具，相关成果发表于《BMC Genomics》将为牧草产量-品质协同改良提供理论范式。