金冠菜（Brassica rapa L. subsp. pekinensis）在干旱胁迫下对Lysinibacillus sp. TT41和乳酸的植物质激素与代谢组学响应

《Food Chemistry》：Phytohormonal and metabolomic responses to Lysinibacillus sp. TT41 and lactic acid during drought stress in kimchi cabbage ( Brassica rapa L. subsp. pekinensis)

　　

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  TT41 和乳酸减轻了泡菜大白菜的干旱胁迫。
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  代谢组和激素谱分析鉴定了 84 种代谢物和 9 种激素。
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  10 mM 乳酸在干旱胁迫下维持了代谢稳态。
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  乳酸调节了氮代谢和胁迫相关代谢物。
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  乳酸可能有助于在干旱条件下保持泡菜大白菜的营养品质。

引言

泡菜大白菜（Brassica rapa L. subsp. pekinensis）是十字花科属中一种重要的蔬菜作物，因其丰富的矿物质和维生素含量而备受重视，并且是健康促进性硫代葡萄糖苷的主要膳食来源（Ritonga 等，2024；Wang 等，2022）。这些次生代谢物不仅对植物适应环境胁迫至关重要，也影响着大白菜食品产品的营养概况、特征风味和烹饪品质（Song 等，2023）。然而，这些功能性化合物的生物合成和稳定性对环境胁迫高度敏感，尤其是干旱（Shawon 等，2020）。

虽然轻微干旱胁迫可能通过刺激硫代葡萄糖苷积累潜在地提高大白菜的营养价值（Ben Ammar 等，2023；Muthusamy 等，2024），但过度胁迫往往导致代谢物谱失衡，可能增加抗营养因子的水平，损害可食部分的感官和营养品质（Muthusamy 等，2024）。此外，长期或严重的水分亏缺通过抑制细胞分裂和扩张显著损害作物生产力，从而负面影响产量和收获后品质（Shawon 等，2020）。因此，精确调节植物生理活动至关重要，因为适度诱导可优化营养含量，而非受控胁迫会导致功能性代谢物水平下降和生长受阻（Cao 等，2024；Chen 等，2022）。因此，制定管理干旱胁迫的策略对于营养密集型蔬菜的可持续生产至关重要。

最近，使用微生物生物防治剂及其代谢物已成为缓解植物非生物胁迫的一种有前景的策略（Jha & Saraf，2015）。在生物防治剂及其代谢物中，Lysinibacillus capsici sp. TT41（TT41）及其主要代谢物乳酸（LA）已被证明能在干旱条件下提高泡菜大白菜的存活率（Kim 等，2024）。虽然我们之前的研究证明了 LA 减少干旱胁迫的表型效应，但 LA 维持可食组织营养品质和代谢稳定性的化学机制尚不清楚。因此，本研究超越了表型观察，检查与作物品质相关的综合激素和代谢反应。植物激素，包括脱落酸（ABA）、水杨酸（SA）和茉莉酸（JA），在干旱诱导的代谢和生理反应中发挥关键作用（Alam 等，2014；La 等，2018）。此外，干旱胁迫可诱导初级和次生代谢物谱（如硫代葡萄糖苷和抗氧化化合物）的显著变化，从而改变植物的化学组成和品质（Kim 等，2024；Muhammad Aslam 等，2022）。尽管有许多研究调查了十字花科物种的代谢或激素反应，但整合这两个方面的综合分析仍然有限。

代谢组学是一种高度灵敏的组学方法，能够全面分析小分子代谢物，并已成为阐明植物复杂生理和代谢反应的有力工具。特别是，代谢组学分析已被广泛用于调查植物 - 微生物互作，为代谢重编程提供定量和定性见解。

在本研究中，我们旨在调查 TT41 和 LA 处理下泡菜大白菜耐旱相关的化学和激素重编程。使用多种分析平台（GC–TOF–MS、GC–qMS、HPLC 和 UPLC–tqMS），我们全面分析了 84 种代谢物和 9 种激素。我们的结果提供了关于 LA 维持营养完整性和激素平衡的机制见解，并为在环境胁迫下利用微生物代谢物保持食品品质和支持高质量蔬菜生产提供了科学依据。

章节摘要

化学品和试剂

除非另有说明，本研究中使用的化学品均为分析级或 HPLC 级。核糖醇、抗坏血酸、6-甲氧基黄酮、吡啶和N-甲基 -N-三甲基硅基三氟乙酰胺购自 Sigma-Aldrich（美国密苏里州圣路易斯）。甲醇购自 Daejung（大韩民国诗洞）。盐酸、甲苯和己烷由 Thermo Fisher Scientific（美国马萨诸塞州沃尔瑟姆）供应，氢氧化钾购自 Wako Pure Chemical Corporation（大阪，

TT41 和 LA 在干旱胁迫下介导的生理和全球代谢变化

我们之前的研究确定 LA 是一种缓解干旱胁迫的代谢物，当微生物生物防治剂 Lysinibacillus sp. TT41 应用于泡菜大白菜时（Kim 等，2024）。为了调查耐旱的生理基础并表征之前观察到的表型差异，我们首先评估了干旱处理后立即的光系统 II 的最大量子产率和丙二醛水平（表 1）。严重干旱胁迫（（?）Con）显著降低了

结论

本研究提供了对 TT41 及其关键功能代谢物之一 LA 介导的泡菜大白菜（B. rapa）耐旱性底层整合代谢和激素网络的系统级综合理解。虽然干旱胁迫诱发明显的代谢紊乱——以富含氮的胁迫代谢物过度积累和激素失衡为特征，这些可能会损害作物的感官和营养品质——TT41 和 LA 处理有效地

CRediT 作者贡献声明

Yu-Mi Shin：写作 – 原稿，形式分析，数据整理。Young Jin Park：写作 – 原稿，形式分析，数据整理。Jeong Ho Kim：形式分析。Jong Sung Lee：形式分析。Jae Kwang Kim：写作 – 审阅和编辑。Ye Ji Hwang：写作 – 审阅和编辑，监督，项目管理，形式分析，数据整理，概念化。Tae Jin Kim：写作 – 审阅和编辑，监督，项目管理，形式分析，数据整理，

资金来源

本工作由洛东江国立生物资源研究所（NNIBR）的资助支持，该研究所由大韩民国气候、能源和环境部（MCEE）资助 [资助编号 NNIBR20263112]。

未被引用的参考文献

Mata, Jorge, Pires and Antonio, 2016

利益冲突声明

作者声明以下可能被视为潜在竞争利益的财务利益/个人关系：Ye Ji Hwang 拥有专利 #Lysinibacillus sp. TT41 促进植物干旱胁迫耐受性以及包含该菌的促进植物干旱胁迫耐受性的微生物制剂，该专利赋予洛东江国立生物资源研究所。如果有其他作者，他们声明没有已知的竞争财务利益或个人

Yu-Mi Shin|Young Jin Park|Jeong Ho Kim|Jong Sung Lee|Jae Kwang Kim|Ye Ji Hwang|Tae Jin Kim