基于LC-MS/GC-MS代谢组学揭示大归鼠尾草低萌发机制：与近缘种黄鼠草的对比研究

《Plant Physiology and Biochemistry》：LC-MS and GC-MS analysis reveals causes of low germination in Salvia daiguii: Comparison of S. daiguii and S. cavaleriei

本研究通过LC-MS/GC-MS代谢组学技术对比分析同域分布近缘种大归鼠尾草（Salvia daiguii）与黄鼠草（S. cavaleriei）的种子代谢物差异，揭示大归鼠尾草低萌发率的代谢调控机制，包括糖类与赤霉素衍生物能量供应差异、苯丙素/木质素积累导致的氧渗透性降低、氮代谢失衡及半乳糖-葡萄糖醛酸转化障碍等四重机制，为珍稀物种人工繁育及种子萌发代谢分子机制研究提供新范式。

　　

^研究亮点

^{研究物种与种子采集}

大归鼠尾草（Salvia daiguii）是一种多年生草本植物，仅分布于湖南省张家界市的三个种群中，总个体数约500株，属于极危极小种群植物物种。前期研究发现该物种具有高抗逆性和高观赏价值，其根部还具有高药用价值。然而，该物种正处于濒危状态，其低萌发率是限制种群更新的关键因素。

^{大归鼠尾草与黄鼠草的萌发对比}

我们比较了两个物种的萌发率、萌发指数和平均萌发时间。结果显示黄鼠草（S. cavaleriei）的萌发率和萌发指数分别为86.67±2.26%和3.90±0.42，显著高于大归鼠尾草（41.67±2.26%，χ2=198.818，d.f.=1/10，P<0.001；0.93±0.06，χ2=49.8318，d.f.=1/10，P<0.001），而平均萌发时间（7.79±0.45天）显著短于大归鼠尾草。

^讨论

种子萌发的种间变异是植物适应性进化的重要表型，但其背后的代谢调控机制尚待解析。本研究通过比较具有显著萌发差异的近缘种成熟种子代谢组，揭示了代谢物能量供应差异、次生代谢物积累、氮代谢失衡以及糖代谢物相互转化在萌发策略分化中的潜在作用。

^结论

本研究通过对比两种鼠尾草近缘种的种子萌发率及代谢组差异，揭示了大归鼠尾草低萌发率的潜在代谢机制：1）糖类与赤霉素衍生物相关代谢物的能量供应差异及激素信号传导延缓休眠；2）苯丙素和木质素积累降低种子氧渗透性并削弱种皮抗氧化屏障；3）氨基酸积累导致的氮代谢失衡；4）半乳糖、戊糖与葡萄糖醛酸之间的相互转化阻碍氧气进入种子并降低透水性。