编辑推荐：
为探究冷胁迫对菜豆的影响，研究人员分析了耐寒和不耐寒品种，揭示其耐寒机制，提供理论依据。
# 转录组和代谢组学分析揭示菜豆在冷胁迫下的耐寒机制：从生理到分子的深度探索
在全球气候多变的当下，极端温度事件频繁发生，低温对植物的生长发育、产量和品质产生了极大的影响。就拿菜豆（Phaseolus vulgaris L.）来说，它是全球广泛种植、备受欢迎的豆类作物，为人类提供了丰富的植物蛋白。然而，菜豆生性喜暖，对低温极为敏感，一旦遭遇低温，生长就会受到严重阻碍，这让菜农们十分头疼。为了帮助菜农解决这一难题，探寻菜豆应对低温的奥秘，四川农业大学的研究人员开展了一项深入的研究，相关成果发表在《BMC Plant Biology》上。
研究人员以耐寒的‘Wei Yuan’（WY）和冷敏感的‘Bai Bu Lao’（BBL）两个菜豆品种为研究对象，通过整合生理生化分析和多组学技术，深入探究了菜豆在冷胁迫下的耐寒机制。
研究人员采用了多种关键技术方法。在转录组测序方面，对不同处理的菜豆样本构建 cDNA 文库，利用 Illumina NovaSeq 6000 平台进行高通量测序，之后对测序数据进行严格筛选和分析，从而鉴定差异表达基因（DEGs）。代谢组学分析则借助高分辨率质谱技术，对样本中的代谢物进行定性和定量测定，找出差异代谢物（DEMs）。同时，通过实时定量聚合酶链反应（RT-qPCR）对部分基因表达进行验证，确保实验结果的可靠性。
研究结果如下：
- 冷胁迫对菜豆表型和生理指标的影响：研究发现，在低温处理前，两个菜豆品种在表型上并无明显差异。但当温度降至 5℃处理 6 小时后，‘Bai Bu Lao’（BBL）的所有叶片都出现了萎蔫下垂的现象，而‘Wei Yuan’（WY）仅有部分叶片出现这种情况。到了 24 小时，BBL 的叶片继续下垂并逐渐皱缩，呈现出明显的脱水症状，WY 的叶片却停止下垂并开始变平，逐渐恢复生长。从生理指标来看，随着低温处理时间的延长，BBL 和 WY 的相对电导率、丙二醛（MDA）含量、超氧化物歧化酶（SOD）活性和过氧化物酶（POD）活性均显著增加，且 WY 的这些指标变化更为显著，这表明 WY 的耐寒能力更强。
- 转录组测序及验证：对菜豆进行转录组测序后，研究人员获得了高质量的测序数据。随机选取 12 个 DEGs 进行 RT-qPCR 分析，结果显示其中 11 个基因的表达趋势与转录组数据一致，证明了转录组数据的可靠性。
- 冷胁迫下菜豆代谢谱分析：研究人员共检测到 923 种代谢物，涵盖了羧酸及其衍生物、有机氧化合物、黄酮类化合物等多种类型。聚类热图和主成分分析（PCA）结果表明，实验数据重复性高、可靠性强，且不同品种在冷胁迫下代谢物积累模式存在差异。
- DEGs 和 DEMs 联合分析：通过对不同处理组的 DEGs 和 DEMs 进行联合分析，研究人员发现，在冷敏感的 BBL 和耐寒的 WY 中，许多代谢途径都与糖酸代谢、氨基酸代谢、黄酮类生物合成代谢以及植物激素信号转导有关。在低温处理 6 小时时，两个品种的 DEGs 和 DEMs 数量最多，且显著富集于上述代谢途径。此外，还鉴定出一些在所有处理组中都共享的 DEGs 和 DEMs，这些物质可能在菜豆应对冷胁迫中发挥着关键作用。
- 转录因子分析：研究人员对所有 DEGs 进行转录因子预测，发现 bHLH 和 MYB 家族转录因子在菜豆应对冷胁迫的过程中可能发挥着重要的调控作用。在低温处理下，这两个家族中部分转录因子的表达水平发生了显著变化，且不同品种间存在差异。
- 冷胁迫对菜豆糖和氨基酸的影响：低温胁迫显著影响了菜豆中糖和氨基酸的代谢水平。在糖代谢方面，低温使菜豆中的半乳糖醇、蔗糖、蜜二糖、海藻糖和麦芽糖含量增加，果糖 - 6P 含量降低，相关代谢酶基因的表达也发生了变化。在氨基酸代谢方面，低温处理后，脯氨酸、L - 亮氨酸、L - 缬氨酸等多种氨基酸及其下游代谢物的含量显著增加，而 L - 赖氨酸、谷氨酰胺等氨基酸的含量则呈现先增后减的趋势，同时相关代谢酶基因的表达也有所改变。
- 冷胁迫对菜豆黄酮类次生代谢物的影响：研究鉴定出 19 种与黄酮类生物合成和代谢相关的 DEMs 和 15 种 DEGs。冷胁迫显著增加了 L - 酪氨酸、L - 苯丙氨酸等物质的含量，同时降低了香豆雌酚和染料木素 7,4'-Di-O-β-D - 吡喃葡萄糖苷的含量。此外，冷胁迫还上调了部分黄酮类合成相关基因的表达，表明菜豆可能通过调节黄酮类物质的表达来缓解冷胁迫对植物的影响。
- 冷胁迫对菜豆激素合成和转导的影响：研究发现，冷胁迫下菜豆中多种植物激素的合成和信号转导途径受到影响。在油菜素内酯（BR）、脱落酸（ABA）、茉莉酸（JA）和水杨酸（SA）的生物合成途径中，鉴定出 3 种 DEMs 和 18 种 DEGs。例如，在 ABA 途径中，低温处理 24 小时后，BBL 和 WY 叶片中的 ABA 含量均增加；在 SA 途径中，BBL 中 SA 含量随低温处理时间延长而增加，WY 中则先增后减。
研究结论和讨论部分指出，本研究通过整合表型生理学、转录组学和代谢组学分析，全面揭示了冷胁迫对菜豆幼苗生理参数、基因表达和代谢物谱的影响。研究结果表明，冷胁迫下菜豆的 DEGs 和 DEMs 广泛参与初级代谢、次级代谢和植物激素信号转导，尤其是异黄酮等次级代谢产物的合成。此外，bHLH 和 MYB 转录因子在菜豆的冷响应中也发挥着重要作用。这些发现为深入理解菜豆的耐寒机制提供了重要依据，也为筛选耐寒菜豆种质资源提供了理论支持，有助于推动菜豆抗寒育种工作的开展，提高菜豆在低温环境下的产量和品质，让菜农们在面对低温挑战时能够更有底气。
