整合转录组学与代谢组学分析揭示黑小麦幼苗耐盐碱差异机制

《Journal of Plant Growth Regulation》：Integrated Transcriptomic and Metabolomic Analyses Reveal Mechanisms of Differential Saline-Alkalitolerance in Triticale Seedlings

　　

摘要

盐碱胁迫对全球农业生产力构成重大威胁，迫切需要培育耐胁迫作物品种。本研究采用综合多组学方法，阐明小黑麦在单盐（SS）、混合碱（MB）和混合盐碱（MSA）胁迫条件下的适应性机制。通过对178份种质的评价，M25品种被鉴定为耐胁迫品种，而QT-22被鉴定为敏感品种。M25表现出更高的发芽率、增强的抗氧化能力和持续的光合性能。分别对M25和QT-22在单种、成对和联合胁迫处理（SS、MB和MSA）下的差异积累代谢物（DAMs）和差异表达基因（DEGs）进行了比较分析。转录组分析鉴定出1,200个DEGs，而在三种胁迫条件下共同检测到82个DAMs。加权基因共表达网络分析（WGCNA）进一步鉴定出与胁迫响应模块相关的15个枢纽基因。14种关键代谢物与候选基因的整合揭示了光合作用、ROS清除、脂质重塑和次级代谢的协调调控。值得注意的是，M25表现出比QT-22更强的基因-代谢物网络连通性，表明具有更整合的胁迫响应系统。代表性基因的定量实时PCR（qRT-PCR）验证确认了转录组数据的可靠性。本研究建立了分子育种靶标、标准化的表型鉴定方案（200 mM SS、150 mM MB、250 mM MSA）以及耐盐碱作物品种培育的概念框架。总体而言，本研究推进了对植物胁迫适应的理解，并为边际环境中的作物改良提供了实用见解。