种内竞争导致优势物种幼苗根系分泌物在代谢和功能特性上的正交变异（即不同特征之间的独立变化）

植物代谢功能性状的独立维度及其在种内竞争中的适应性研究

　　

摘要

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1. 传统的植物功能性状受到性状间高度相关性和动态变异捕捉不完全的限制，因此无法全面预测植物对环境变化的响应。因此，量化独立的功能维度（尤其是反映分子和生化过程的维度）对于全面理解植物生态学至关重要。
2. 我们将生态学中成熟的“群落加权平均值”（CWM）概念应用于代谢组学数据，开发了一套基于代谢物内在化学性质来量化代谢功能性状的框架。我们将该框架应用于梭梭(Haloxylon ammodendron)幼苗在种内竞争条件下的根系分泌物代谢组学研究。
3. 研究结果表明，种内竞争显著改变了根系分泌物的代谢组组成。通过分子描述符对鉴定出的代谢物进行化学空间分析，发现了三个核心变异维度：分子大小/氢键能力、酸度/结构复杂度和疏水性/饱和度。以这些化学性质的CWM值量化的植物代谢功能性状在竞争相互作用下发生了显著变化，表现出不同的适应模式，包括防御/化感作用、养分动员或积极养分吸收等。重要的是，相关分析显示代谢CWM值与经典性状之间没有显著相关性；主成分分析进一步证实了它们在多维空间中的正交分离。
4. 总结：这些发现表明，代谢CWM值代表了一种新的、独立的功能维度。这凸显了整合分子水平功能性状在增强我们对植物生态策略和表型可塑性理解方面的巨大潜力，尤其是在捕捉种内变异方面。

摘要

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1. 传统的植物功能性状受到性状间高度相关性和动态变异捕捉不完全的限制，因此无法全面预测植物对环境变化的响应。因此，量化独立的功能维度（尤其是反映分子和生化过程的维度）对于全面理解植物生态学至关重要。
2. 我们将生态学中成熟的“群落加权平均值”（CWM）概念应用于代谢组学数据，建立了一套基于代谢物内在化学性质来量化代谢功能性状的框架。我们将该框架应用于梭梭(Haloxylon ammodendron)幼苗在种内竞争条件下的根系分泌物代谢组学研究。
3. 研究结果表明，种内竞争显著改变了根系分泌物的代谢组组成。通过分子描述符对鉴定出的代谢物进行化学空间分析，发现了三个核心变异维度：分子大小/氢键能力、酸度/结构复杂度和疏水性/饱和度。以这些化学性质的CWM值量化的植物代谢功能性状在竞争相互作用下发生了显著变化，表现出不同的适应模式，包括防御/化感作用、养分动员或积极养分吸收等。重要的是，相关分析显示代谢CWM值与经典性状之间没有显著相关性；主成分分析进一步证实了它们在多维空间中的正交分离。
4. 总结：这些发现表明，代谢CWM值代表了一种新的、独立的功能维度。这凸显了整合分子水平功能性状在增强我们对植物生态策略和表型可塑性理解方面的巨大潜力，尤其是在捕捉种内变异方面。

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。

同行评审

本文的同行评审记录可访问：https://www.webofscience.com/api/gateway/wos/peer-review/10.1111/1365-2745.70265

数据可用性声明

代谢组学数据已存储在MetaboLights数据库中，研究标识符为MTBLS13521（https://www.ebi.ac.uk/metabolights/MTBLS13521）（作者：Ji, Li等人，2025年）。原始数据和代码可通过DOI 10.5281/zenodo.17928145获取（作者：Ji，2025年）。