转录组学和代谢组学分析揭示了普通豌豆（Vicia sativa L.）在干旱胁迫下的关键基因和代谢物

《BMC Plant Biology》：Transcriptomic and metabolomic analysis reveals key genes and metabolites in common vetch (Vicia sativa L.) response to drought stress

豌豆抗旱品种筛选及代谢通路机制研究。LQ品种在干旱下SOD活性提升6.31%，脯氨酸含量增加165.79%，转录组分析鉴定4436个差异基因，代谢组揭示α-亚麻酸代谢和黄酮类生物合成协同增强抗旱性。

摘要

背景

普通菜豆（Vicia sativa L.）是一种重要的年度豆科牧草作物，常用于制作绿肥、饲料和改善土壤。在云南省，它冬季和春季被广泛种植作为绿肥和牧草。然而，这些季节的干燥条件和极少的降雨量严重限制了普通菜豆的生长。因此，在育种计划中筛选耐旱、高产的普通菜豆品种是一个关键目标。

结果

我们研究团队的初步筛选发现了一个耐旱品种——芦泉普通菜豆（LQ），并将其与对照品种兰健1号（LJ）进行比较，以评估在干旱胁迫下农艺性状、生理指标、转录组和代谢组的变化。在干旱胁迫下，LQ的超氧化物歧化酶（SOD）活性和脯氨酸（Pro）含量分别比对照品种提高了6.31%和165.79%。转录组分析显示有87.03 Gb的纯净碱基序列。在LQ中，鉴定出4,436个差异表达基因（DEGs），其中2,249个上调基因，2,187个下调基因；在LJ中，鉴定出4,464个DEGs，包括2,294个上调基因和2,170个下调基因。代谢组分析检测到4,856种代谢物，主要为茉莉酸类、黄酮醇类和黄酮类化合物。加权基因共表达网络分析确定了几个在干旱条件下高表达的关键基因（如jg28014.t1、jg50423、jg18380、jg27018.t1和jg27016），这些基因可能参与调节耐旱性。此外，综合分析还发现α-亚麻酸代谢和黄酮类生物合成途径显著增强。具体而言，甲基茉莉酸、9,10-环氧十八二烯酸（9,10-EOT）、芹菜素和松脂素在LQ中的含量显著增加。这两条途径协同作用，提高了LQ对干旱胁迫的耐受性。

结论

本研究证实了α-亚麻酸和黄酮类生物合成在抗旱性中的重要作用，并鉴定出多种关键基因和代谢物。总体而言，研究结果揭示了α-亚麻酸代谢和黄酮类生物合成在增强普通菜豆耐旱性方面的协同作用，为理解作物对胁迫的适应机制提供了机制上的见解，并为培育耐旱牧草作物提供了有价值的分子靶点。