高温胁迫下籼稻白垩化品种差异的转录组与代谢组学分析及苯丙素代谢机制

《BMC Plant Biology》：Multi-omics analysis reveals distinct metabolic strategies associated with grain chalkiness variation between rice cultivars under naturally occurring high-temperature conditions

　　

摘要

背景

在灌浆阶段，高温会通过促进稻谷白垩化的形成而对稻谷品质产生负面影响。然而，与高温条件下品种间白垩化差异相关的分子和代谢因素尚不清楚。

结果

在本研究中，比较了两种具有不同白垩化表型的常规籼稻品种：高白垩化品种ZZ35（HC）和低白垩化品种R1466（LC），在自然发生的高温条件下进行实验。通过时间序列转录组学和非目标代谢组学分析，来表征稻谷发育过程中与白垩化变化相关的动态变化。综合转录组和代谢组分析显示，在灌浆期间，HC和LC品种之间存在显著的转录和代谢特征差异。苯丙素代谢在两种品种间表现出差异性调控，LC品种中与木质素生物合成相关的基因表达增强，木质素相关代谢物（包括松油醇和香叶醇）的积累量也更高，这表明在高温度条件下，苯丙素相关代谢反应存在品种间的差异。同样，LC品种在两种温度环境下成熟稻壳中的木质素单体含量更高，木质化程度也更明显。相比之下，HC品种中与苯丙素相关的基因表达较低，相关代谢物的积累量减少，尤其是在高温条件下。共表达网络分析进一步确定了与酚类代谢、碳代谢和应激响应过程相关的候选模块。

结论

这些发现表明，苯丙素代谢和其他代谢过程的品种间差异与高温条件下的稻谷白垩化变化有关。所识别的代谢特征和共表达模块为理解热环境导致的稻谷品质变化提供了潜在的分子机制线索，需要进一步的功能验证。