《Plant Physiology and Biochemistry》：Integrated Transcriptomic and Metabolomic Profiling Reveals Genotypic Differences in UV-B Radiation Tolerance Mechanisms in
Elymus sibiricus L.
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本研究针对青藏高原强UV-B辐射影响植物分布与发育的关键问题，通过整合表型生理学、转录组学和代谢组学方法，系统解析了西伯利亚冰草（Elymus sibiricus L.）耐辐射基因型（SC）与敏感基因型（XJ）的差异调控网络。研究发现MYB、WRKY等转录因子通过苯丙烷代谢和UVR8信号传导介导UV-B响应，热休克蛋白HSP702/704作为新型抗性组分，协同30种代谢物激活抗坏血酸代谢及光合碳固定等8条关键通路。该研究为禾本科植物抗UV-B育种提供分子靶点与遗传资源，对高原生态修复具有重要意义。
青藏高原强烈的紫外线-B（UV-B）辐射是影响植物分布和发育的关键环境限制因子。西伯利亚冰草（Elymus sibiricus L.）作为该地区牧草地建设和生态修复的重要多年生草种，其应对UV-B胁迫的分子机制尚不明确。目前，高原特有草种在UV-B耐受性与敏感性基因型间的差异调控网络，以及长期与短期胁迫下的动态响应规律仍是研究空白。为此，研究团队在《Plant Physiology and Biochemistry》发表论文，通过多组学整合分析系统揭示了西伯利亚冰草UV-B耐受性的分子基础。
研究采用UV-B辐射耐受型（SC020 2-A1）和敏感型（XJ007 22-A5）基因型为材料，以288 kJ/m2的辐射强度模拟高原环境，分别于胁迫0、5、10、15、20天采集叶片样本。通过转录组测序（RNA-seq）和超高效液相色谱-串联质谱（UPLC-MS/MS）技术，结合加权基因共表达网络分析（WGCNA）和转录-代谢物关联分析，解析基因表达与代谢物积累的协同调控网络。关键实验还包括qRT-PCR验证差异表达基因（DEGs），以及通过KEGG、GO富集分析筛选核心通路。
3.1 西伯利亚冰草在UV-B辐射下的表达谱综合分析
主成分分析（PCA）显示，两种基因型在UV-B胁迫下基因表达模式显著分离，敏感型XJ比耐受型SC激活更多差异表达基因（DEGs），且长期胁迫下DEGs数量显著增加。
3.2 UV-B辐射胁迫下的DEGs分析
共鉴定21,773个基因，SC和XJ基因型分别特有5,076和4,541个DEGs。短期胁迫下，SC基因型通过抗坏血酸代谢和植物激素信号通路快速响应；长期胁迫下，两者均增强光合碳固定途径。
3.3 XJ与SC的基因表达模式比较
WGCNA分析发现MEdarkturquoise模块与花青素、叶绿素含量正相关，MElightgreen模块则呈负相关。SC基因型在短期胁迫中优先上调NAC、C2H2等转录因子，而XJ基因型在长期胁迫中激活更多bHLH、MYB转录因子。
3.4 西伯利亚冰草对短期和长期UV-B辐射的响应
短期胁迫下，SC基因型显著富集于酪氨酸代谢、MAPK信号通路；XJ基因型则主要激活氨基酸合成与光合作用相关通路。长期胁迫下，两者均增强苯丙烷生物合成和碳固定途径。
3.5 转录因子与UV-B胁迫响应基因
热休克蛋白HSP702和HSP704被鉴定为新型UV-B抗性组分。共筛选出20个关键转录因子（如EsMYB、EsbHLH）与30个代谢物（如皮质酮）协同调控抗坏血酸代谢网络。
3.6 qRT-PCR验证
9个关键基因的表达趋势与转录组数据一致，证实SC基因型通过持续上调抗坏血酸代谢基因（EsC3H、EsbHLH）增强抗氧化能力，而XJ基因型则出现光合相关基因下调。
3.8 抗坏血酸代谢途径的基因调控与代谢网络
整合分析显示，抗坏血酸代谢途径是UV-B应激的核心响应通路。EsMYB、EsTCP等转录因子通过调控D-葡萄糖醛酸、松柏苷等代谢物，维持氧化还原稳态。
研究结论表明，西伯利亚冰草通过基因型特异的转录-代谢重编程应对UV-B胁迫：耐受型SC优先激活抗氧化与次生代谢通路，敏感型XJ则依赖激素信号转导但伴随能量代谢衰退。该研究首次揭示HSP702/704在禾本科植物UV-B抗性中的功能，为高原牧草育种和生态系统恢复提供理论依据与遗传资源。
