盐碱逆境求生记：转录组与代谢组揭示玉米通过ZmWRKY82调控黄酮合成实现ROS清除与耐逆升级

植物在生长发育过程中会受到环境胁迫的影响，包括盐碱化、干旱、低温和高温等，这些因素会严重制约正常生长发育。盐碱土是全球最常见的土壤类型之一，其对农业生产及生态环境的影响已成为全球性问题。玉米是全球重要的主粮作物，对盐碱胁迫具有敏感性。尽管对玉米盐碱胁迫的研究已取得一定进展，但ZmWRKY和ZmCHI在盐碱胁迫中的具体调控机制及其相互作用仍不明确。

2025年8月，吉林农业大学在期刊Plant Biotechnology Journal上发表了一篇题为“Metabolomics and Transcriptomic Analysis Revealed the Response Mechanism of Maize to Saline-Alkali Stress”的研究成果。该研究通过转录组学与广谱靶向代谢组学技术，构建了核心调控网络，并鉴定黄酮类化合物生物合成途径为关键代谢通路。进一步对关键转录因子ZmWRKY82进行特性分析，并通过整合分析阐明玉米对盐碱胁迫的响应机制。研究首次揭示ZmWRKY82通过直接调控ZmCHI6基因表达促进黄酮类物质积累，在玉米盐碱胁迫响应中发挥关键作用。本研究为培育耐盐碱玉米新品种提供了种质资源与理论基础。

题目：Metabolomics and Transcriptomic Analysis Revealed the Response Mechanism of Maize to Saline-Alkali Stress

代谢组学和转录组分析揭示了玉米对盐碱应激的反应机制

期刊：Plant Biotechnology Journal

IF：10.5

发表时间：2025年8月

研究技术：转录组+广靶代谢组

研究思路：

主要结果：

盐碱胁迫抑制了植物的正常生长发育，严重制约了作物产量。玉米是全球最重要的农作物之一，但其对盐碱胁迫的响应机制仍知之甚少。通过观察耐盐碱（22KN3894）与敏感（H23146）玉米自交系的生长参数及生理生化指标检测，本研究发现：与H23146相比，22KN3894积累的活性氧（ROS）含量较低且总黄酮含量较高，同时根部损伤程度和离子毒性相对较小。采用全长转录组分析及广谱靶向代谢组学方法探究极端玉米自交系对盐碱胁迫的响应机制。22KN3894积累了更多糖类和黄酮类代谢物，两种材料间黄酮代谢物含量及黄酮合成相关基因存在显著差异。加权基因共表达网络分析及基于RNA-Seq数据的共表达网络分析表明，ZmWRKY82基因可能通过调控黄酮生物合成途径响应盐碱胁迫。ZmWRKY82直接结合ZmCHI6启动子中的W-box序列并促进其表达。上述结果表明，ZmWRKY82可通过促进ZmCHI6基因转录及黄酮类化合物合成来增强抗氧化能力，从而抵抗盐碱胁迫。这些发现为提高玉米盐碱胁迫耐受性提供了新见解，证实黄酮类化合物在植物胁迫适应中起关键作用，并为未来机制研究及育种改良奠定了基础。

图3 盐碱胁迫下KN3894与H146代谢组变化分析

图4 KN3894与H146在盐碱胁迫下的转录组变化

图5 盐碱胁迫下转录组与代谢组的联合分析

图6 转录组与代谢组共同富集的KEGG通路

研究总结：

盐碱胁迫对植物生长和产量具有严重影响。本研究通过转录组学和代谢组学技术，对两种盐碱极端材料（22KN3894和H23146）进行生理学比较，并分析其在盐碱胁迫下的响应机制。研究发现，与H23146相比，22KN3894中黄酮类代谢物积累显著增加，黄酮合成相关基因表达量更高，且清除活性氧（ROS）的能力更强。ZmWRKY82能够结合黄酮合成基因ZmCHI6的启动子区域以促进黄酮表达，从而增强植物抗氧化能力，这表明黄酮类化合物的积累可能有助于植物抵抗盐碱胁迫。本研究结果有助于深入理解植物响应盐碱胁迫的调控机制，对玉米育种具有重要指导意义。未来可开发与ZmWRKY82相关的分子标记，以促进育种计划中的标记辅助选择。此外，高ZmWRKY82表达的耐盐碱玉米自交系22KN3894可作为杂交育种的亲本系，用于培育兼具耐盐碱性和高产性的新玉米品种，这将显著提升盐碱土壤中的玉米产量，为全球粮食安全作出贡献。

图9 极端材料在盐碱胁迫下响应机制的假设模型