《Plants》：Integrated Transcriptomic and Metabolomic Mining of Candidate Genes for Weevil Resistance in Pea
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豌豆象甲（Bruchus pisorum L.）在栽培豌豆（Pisum sativum L.）中造成严重的产量损失，然而宿主抗性的分子基础仍不清楚。研究人员对抗性（YWD）与感性（LW1）豌豆基因型的豆荚和种子进行了整合转录组学与代谢组学分析，以表征针对象甲的
豌豆象甲（Bruchus pisorum L.）在栽培豌豆（Pisum sativum L.）中造成严重的产量损失，然而宿主抗性的分子基础仍不清楚。研究人员对抗性（YWD）与感性（LW1）豌豆基因型的豆荚和种子进行了整合转录组学与代谢组学分析，以表征针对象甲的组成型防御网络。在抗性材料中观察到广泛的转录与代谢重编程，防御通路上调而初生代谢受抑。豆荚将苯丙烷（phenylpropanoid）流导向异黄酮（isoflavonoid）生物合成并增强角质/蜡质（cutin/wax）通路；种子将流重定向至黄酮/黄酮醇（flavone/flavonol）生物合成，积累高水平黄酮C-糖苷，包括异牡荆素（isovitexin）（5260.46倍）与牡荆素（vitexin）（3771.09倍）。研究人员鉴定出Dof21作为关键转录因子（transcription factor, TF），推测调控黄酮生物合成，其Dof结构域预测结合4CL1、CHS3与CYP75B启动子。种子特异性凝集素（lectin）基因LG16在抗性种子中表达高8.99倍，豆荚中几乎不表达。ABA（脱落酸）分解代谢物二氢相位酸（dihydrophaseic acid）与半挥发性化合物香草醇苷（vanilloloside）及cimidahurinine在抗性种子中显著富集，暗示ABA周转与糖基化参与防御化合物稳定。该研究为豌豆象甲抗性提供了多维分子框架，并给出包括Dof21、LG16、4CL1、CHS3与CYP75B在内的关键候选基因，用于抗性种质筛选与标记辅助育种。
研究背景与立项依据：栽培豌豆（Pisum sativum L.）是全球重要的食用与饲用豆类，豌豆象甲（Bruchus pisorum L.）在田间可致高达60%产量损失，其幼虫钻入种子内部取食，常规化学防治易引发抗性、残留与污染。前期研究虽通过QTL定位或单组织转录组提示种皮抗性、次生代谢相关候选基因，但豆荚—种子协同防御及组织特异性因子仍缺乏多组学系统解析。为此，研究人员以抗性材料YWD与感性材料LW1为对象，在花后20天（象甲产卵与初孵幼虫钻入峰值）采集豆荚与发育种子，开展整合转录组与广泛靶向代谢组分析，并结合凝集素基因家族鉴定、TF（转录因子）调控网络预测及RT-qPCR验证，系统刻画豌豆对象甲的组成型防御机制，论文发表于《Plants》。
主要技术方法概览：研究以甘肃省农科院提供的YWD（抗性）与LW1（感性）豌豆为样本队列，每基因型豆荚（YP/LP）与种子（YG/LG）各3次生物学重复，液氮速冻后并行RNA-seq（DNBSEQ-T7，比对‘中豌6号’参考基因组GCF_024323335.1，DESeq2筛|log2FC|≥1且padj<0.05的DEG）与UPLC-MS/MS广泛靶向代谢组（OPLS-DA筛VIP>1且倍数≥2的DEM）；转录层辅以iTAK注释TF、PlantTFDB预测TFBS、AlphaFold3做Dof21结构域—启动子对接（ipTM>0.6判稳）、STRING+Cytoscape建PPI、WGCNA分模块；基因家族层用Pfam PF00139双轮hmmsearch鉴定凝集素LG1–LG24；最后选8个核心基因以LP为参照行RT-qPCR（2?ΔΔCT）验证。
研究结果
2.1 表型与抗性评价：YWD株高125.79 cm、百粒重18.44 g、自然侵染率4.91%；LW1株高66.45 cm、百粒重26.89 g、侵染率97.26%。证实YWD为高抗材料。
2.2 转录组特征：PCA按基因型（PC1）与组织（PC2）分离；YG-vs-LG获6986 DEG，YP-vs-LP获9968 DEG；YG上调富集黄酮生物合成、蛋白加工、亚油酸与谷胱甘肽代谢，下调糖酵解/碳代谢/淀粉蔗糖代谢；YP上调异黄酮、苯丙烷、黄酮及角质蜡质合成。
2.3 代谢组特征：检出3100化合物，YP独有274代谢物富集异黄酮与黄酮；YG-vs-LG获1295 DEM（757上调），异牡荆素（5260.46倍）、牡荆素（3771.09倍）、cosmosiin（82.93倍）等黄酮C-糖苷巨量累积；YP-vs-LP异黄酮（genistein等）与角质蜡前体上调。
2.4 苯丙烷通路重构：PAL1–7在荚/籽均高，4CL1、CHS3、CHI1在YP特异高；荚部流向异黄酮（CYP93C、HIDH、HI40MT高，genistein、daidzin积），籽部CHS6/F3H/FLS2/FLS4/CYP75B激活，异牡荆素、牡荆素、cosmosiin、山奈酚三糖苷专属累积。
2.5 黄酮调控网络与核心TF：PPI中心为4CL1/CYP93C_2/CHS3/CYP75B/CHI1；242与325个TF分别于YG、YP上调；Dof家族差异成员最多，Dof21在YG/YP高表达且与异牡荆素、牡荆素、genistein累积极显著正相关（YG中升2.34倍），AlphaFold3预测其Dof域稳结合4CL1/4CL2/CHS1/CHS3/CYP75B启动子。
2.6 挥发/半挥发物与调控：364类中81.32%为萜类；7个核心物（3-甲基戊-2,4-二烯酸、epijasminoside A、二氢相位酸、vanilloloside、7-O-乙基morroniside、cimidahurinine、羟基酪醇葡萄糖苷）在YG最高；WGCNA绿/黑模块分别正关cimidahurinine/vanilloloside/二氢相位酸；YG中CYP707A-3（ABA→二氢相位酸）高而NCED1/4/5低，UGT1–3籽部高。
2.7 凝集素家族：24个LG基因，13个FPKM>5；LG16籽特异，YG中FPKM 14726.21（较LG 8.99倍），荚中<1；LG10抗籽特异；LG16与LG10为籽部抗象甲首选候选。
2.8 RT-qPCR验证：4CL1/CHI1/PAL1/CHS1/UGT3/NCED1相关系数0.92–1.00；LG16实际3.89倍（RNA-seq估8.99倍），Dof21在YG 4.04倍、YP 3.07倍，趋势一致。
讨论浓缩：抗性材料以初生代谢让步换取防御资源——荚部靠角质蜡增厚+异黄酮（genistein）阻产卵/钻入并扰中肠蛋白酶与蜕皮甾体信号；籽部靠C-C键抗水解的黄酮C-糖苷（异牡荆素/牡荆素）长效压幼虫，兼以LG16凝集素结合中肠糖蛋白破坏围食膜。苯丙烷流按组织分流：荚走CYP93C异黄酮支，籽走CYP75B黄酮支。Dof21凭共表达+启动子基序+对接三重证据成核心调控候选，与已知QTL BpSI.II区间Dolf4同属DOF家族形成收敛遗传支持。ABA经CYP707A转向二氢相位酸、UGT介导糖基化稳存防御物，构成激素—糖基化辅助层。LG16 constitutively active蛋白无需激活即遇幼虫起效。
结论翻译：本研究通过对抗性与感性豌豆基因型的整合转录组与代谢组分析揭示了对豌豆象甲的组成型防御机制。豆荚主要通过强化表皮蜡层与累积genistein等异黄酮 deterrent 成虫产卵和幼虫钻入，该过程伴随4CL1、4CL2、CHS3、CHI1、CYP93C_1/2等结构基因协调表达。相反，种子通过大量累积稳定黄酮C-糖苷（尤其异牡荆素与牡荆素）联合籽特异高表达凝集素基因LG16，建立持久化学与蛋白防御屏障；籽部黄酮/黄酮醇支由CHS6、F3H、FLS2、FLS4、CYP75B支撑。上游调控中Dof21凭共表达、启动子结合位点预测与分子对接成为协调抗性基因型黄酮重编程的强候选TF（仍需EMSA/Y1H/转基因验证）。ABA周转候选含NCED4/NCED5/CYP707A，糖基化稳存关联UGT1/2/3；GDSL酯酶/豆球蛋白J样/convicilin/TIP水通道亦为挥发相关防御候选。研究承认仅单对基因型比较可能混入背景效应，后续需扩充抗感群体确认普适性。
