非靶向代谢组学分析发现三种关键代谢物可能作为与玉米-大豆条带间作系统中不同播种时间和种植密度下大豆产量相关的生物标志物

《Plant, Cell & Environment》：Untargeted Metabolomic Analysis Reveals Three Critical Metabolites as Potential Biomarkers Related to Soybean Yield Under Different Sowing Times and Planting Densities in Maize-Soybean Strip Intercropping Systems

精准调整大豆播种日期和密度有效缓解玉米-大豆带状复合种植中的遮荫胁迫，促进大豆形态可塑性，优化结果，减少空瘪豆。代谢组学结合分析鉴定出邻苯二甲酸、香草酸和8-葡萄糖基色酮三个与产量相关的代谢物，揭示其通过调控代谢和根系生理、增强抗倒伏能力的作用机制。

　　

摘要

精确调整大豆的播种日期和种植密度可以有效缓解玉米-大豆条带间作系统中的遮荫胁迫。在不同处理条件下，大豆在主茎节数、有效分枝数和植株高度等性状上表现出显著的形态可塑性，而底部豆荚的高度保持不变，确保了与机械化收获的兼容性。通过优化播种密度配置（在第二次播种“S2”时采用低密度“a”），改善了豆荚的形成情况，减少了萎缩豆荚的发生，并达到了最佳性能指标（干物质产量（RYG）= 54.38%；穗粒数（SPI）= 130.87%）。综合运用代谢组学分析、Mantel检验、加权基因共表达网络分析（WGCNA）和随机森林算法，鉴定出三种与产量相关的代谢物：邻苯二甲酸（PA）、香草酸（VA）和Physcion 8-葡萄糖苷。从功能上讲，PA和VA激活了互补的胁迫响应途径。PA通过重新编程代谢和根系生理机能来优化资源获取和胁迫抗性，而VA则增强分枝结构和茎秆强度以提高抗倒伏能力。这些在产量决定期R6阶段从种子中测量的生物标志物，作为调控产量形成的生理过程的分子指标，反映了植物的整体胁迫响应和资源分配策略，为通过代谢工程优化谷物-豆类间作提供了机制上的见解和潜在目标。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。

数据可用性声明

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