整合转录组学与代谢组学分析揭示了有壳大麦与无壳大麦微孢子衍生愈伤组织在再生潜力差异背后的植物激素信号传导机制

《BMC Plant Biology》：Integrated transcriptomic and metabolomic analyses reveal phytohormone signaling mechanisms underlying differential regeneration potential in microspore-derived calli from hulled and hulless barley

　　

摘要

背景

离体小孢子培养是一种研究植物细胞全能性的有效模型，被广泛用于植物育种程序中，以快速培育出双单倍体品系。不过，有壳大麦有限的再生能力几乎不会限制其在育种改良和研究中的更广泛应用。

结果

在本研究中，选择了两种具有高再生能力的有壳大麦基因型（Hua30和L07）以及两种再生能力较差的无壳大麦基因型（Zangqing2000和Ximala22），通过整合代谢组学和转录组学分析，比较评估了通过离体小孢子培养得到的愈伤组织的再生潜力。两种有壳大麦基因型的每100毫克愈伤组织可产生超过200株幼苗，而无壳大麦基因型的再生能力则几乎为零。与无壳大麦相比，有壳大麦的愈伤组织中共检测到2,647个差异表达基因和128种差异积累代谢物。对转录组学和代谢组学数据的综合分析表明，植物激素信号通路在调控再生能力方面起着关键作用。有壳大麦具有更强的激素平衡能力，其茉莉酸和油菜素内酯的水平相对较低，而这些物质正是决定小孢子愈伤组织再生能力的重要因素。在外源添加茉莉酸和油菜素内酯到诱导培养基中后，有壳大麦的幼苗再生明显受到抑制。一些与植物再生相关的转录因子，如WOX7、BBM2和LBD，在有壳大麦和无壳大麦之间存在差异表达，这表明它们可能在调控再生能力中发挥作用。此外，大麦籽粒的有壳/无壳表型可能与小孢子愈伤组织的再生潜力密切相关。

结论

这些研究结果为揭示大麦植物再生的分子机制提供了理论依据。