低氮胁迫下油菜(Brassica rapa)多组学响应机制解析及其氮效率调控策略研究

本研究针对氮肥过度使用引发的环境问题，通过整合形态学、生理学、转录组学和代谢组学方法，系统揭示了油菜在低氮胁迫下的适应机制。研究发现根系形态可塑性增强而光合特性受损，鉴定到1,481（根）和1,917（叶）个差异表达基因，WGCNA分析揭示了氨基酸代谢、苯丙烷生物合成等关键通路，为作物氮效率遗传改良提供理论依据。

　　

氮素作为关键大量营养元素，通过调控植物生理代谢过程主导生长发育。面对氮肥过度施用引发的环境压力，研究采用多组学整合策略解析油菜(Brassica rapa)在差异氮素条件下的适应机制。形态学分析显示低氮促进根系长度和表面积显著增加，但光合特性尤其是叶绿素含量明显下降，印证氮素对光合效率的核心作用。酶活检测呈现组织特异性响应：根部酶活升高暗示 compensatory nitrogen uptake strategies（补偿性氮吸收策略），而叶片酶活下降反映氮素受限状态。转录组谱鉴定出根（1,481个）和叶（1,917个）差异表达基因(DEGs)，主要富集于光合作用、氨基酸代谢及氧化应激响应通路。代谢组数据进一步验证这些变化，显示氨基酸代谢、苯丙烷生物合成(phenylpropanoid biosynthesis)和能量代谢通路显著重塑。通过加权基因共表达网络分析(WGCNA)整合转录组与代谢组数据，鉴定出氮胁迫适应的关键基因-代谢物模块。定量RT-PCR对选定DEGs的验证证实RNA-Seq结果可靠性。该多组学研究系统性阐明油菜适应低氮环境的分子基础，为提升氮利用效率(Nitrogen Use Efficiency, NUE)和可持续农业管理提供科学依据。