《Plant Physiology and Biochemistry》：Integrated transcriptome and metabolome reveal nano-selenium-mediated low temperature tolerance in lettuce (
Lactuca sativa var.
italica)
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本研究针对低温胁迫严重制约生菜等温度敏感型蔬菜生产的产业难题，通过开展纳米硒（Nano-selenium）调控生菜低温耐受性的多组学整合分析。研究发现9 mg L-1纳米硒处理可显著提升光合色素含量（叶绿素增加101%）和抗氧化酶活性（SOD提升206%），并鉴定出25,593个差异表达基因和20个关键代谢物。深入机制解析表明，纳米硒通过双向调控脯氨酸代谢（促进合成/抑制降解）、增强氨基糖代谢强化细胞壁结构、优化甘油磷脂代谢维持膜稳定性等协同途径，系统性增强生菜低温适应性。该研究为纳米硒在设施农业抗逆生产中的应用提供了理论依据和技术支撑。
当寒潮来袭，娇嫩的生菜叶片常常会出现边缘焦枯、生长停滞的现象，这其实是低温胁迫对植物造成的生理伤害。作为全球重要的叶用蔬菜，生菜对温度变化极为敏感，低温不仅会降低其光合效率，还会引发代谢紊乱和细胞膜损伤，严重时甚至导致植株死亡。传统育种方法难以快速提升作物的抗寒性，而化学调控剂又存在环境污染风险。近年来，纳米农业技术为解决这一难题提供了新思路，其中纳米硒因其高生物活性和低毒性特点备受关注。但纳米硒如何从分子层面调控生菜应对低温胁迫，其背后的基因表达和代谢物变化的协同机制尚不明确。
为解决这一问题，江西农业大学王艳艳团队在《Plant Physiology and Biochemistry》上发表了题为"Integrated transcriptome and metabolome reveal nano-selenium-mediated low temperature tolerance in lettuce"的研究论文。该研究通过设置5个纳米硒浓度梯度（1、3、9、27 mg L--1）和清水对照，在人工气候箱中模拟低温环境（昼10℃/夜5℃），系统分析了生菜的生理指标变化，并结合转录组测序和广靶代谢组学技术，深入解析了纳米硒增强生菜低温耐受性的分子机制。
研究人员主要采用了以下关键技术方法：首先通过人工气候箱精确控制低温胁迫条件；利用分光光度法测定光合色素和抗氧化酶活性等生理指标；采用Illumina测序平台进行转录组分析，鉴定差异表达基因（DEGs）并进行GO和KEGG富集分析；运用UHPLC-MS/MS系统进行代谢物检测，结合正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA）筛选差异代谢物；最后通过联合分析构建基因-代谢物调控网络。
3.1 生菜生理指标分析
研究显示纳米硒处理显著改善了生菜的生理状态。其中9 mg L-1处理（N3）效果最优，使总叶绿素含量提升101%至0.69 mg g-1FW，类胡萝卜素增加75%至68.70 μg g-1FW。抗氧化酶系统中超氧化物歧化酶（SOD）活性在N3组提升206%，过氧化物酶（POD）和过氧化氢酶（CAT）也分别增加11%和1%。值得注意的是，丙二醛（MDA）含量在N3组上升33%，表明细胞膜脂质过氧化程度加剧，这可能是纳米硒激活抗氧化系统的应激反应。
3.2 转录组分析结果
转录组测序共鉴定出25,593个差异表达基因。在N3 vs N0比较中，差异基因数量达到峰值，主要富集在叶绿体类囊体膜、淀粉蔗糖代谢和植物激素信号转导等通路。KEGG分析显示氨基糖和核苷酸糖代谢、甘油磷脂代谢通路被显著激活，表明纳米硒可能通过调控糖代谢和膜脂组成来增强细胞稳定性。
3.3 代谢组分析结果
代谢物分析发现有机酸和肽类物质在纳米硒处理组中占比显著变化。在N3组中，月桂酸、草苁蓉内酯等代谢物差异表达最为明显。通路富集分析表明，精氨酸生物合成、脂肪酸生物合成等代谢途径被显著激活，这些通路与植物的渗透调节和膜稳定性密切相关。
3.4 转录组与代谢组联合分析
通过整合分析发现，精氨酸和脯氨酸代谢通路是纳米硒调控的核心靶点。纳米硒通过下调脯氨酸脱氢酶（PRODH）基因表达，同时上调谷氨酸5-激酶（proB）等合成基因，促使脯氨酸大量积累。在氨基糖代谢中，UDP-葡萄糖6-脱氢酶（UGDH）等基因上调增强了细胞壁多糖合成。甘油磷脂代谢通路中，磷脂酶D（PLD1_2）基因上调可能通过调节磷脂酰胆碱和磷脂酰乙醇胺的比例来维持膜流动性。
讨论部分深入阐释了纳米硒的多层次作用机制：在生理层面，通过提升光合色素含量和抗氧化酶活性来缓解氧化损伤；在分子层面，通过协同调控脯氨酸代谢、氨基糖代谢和甘油磷脂代谢三大通路，形成从渗透调节、细胞壁加固到膜稳定性维护的立体防御网络。特别值得注意的是，纳米硒在9 mg L-1浓度时表现出最佳效应，过高或过低浓度效果均减弱，这种浓度依赖性响应为实际应用提供了精准的施用参数。
该研究的创新之处在于首次系统揭示了纳米硒通过多代谢通路协同调控生菜低温耐受性的分子机制，突破了传统单一组学研究的局限性。研究结果不仅为蔬菜抗寒育种提供了新的靶点基因，也为纳米硒在设施农业中的精准应用提供了理论依据，对保障蔬菜稳产增产、推动绿色农业发展具有重要意义。未来研究可进一步探讨纳米硒与其他微量元素的协同效应，以及在不同蔬菜作物中的普适性机制。
