项目文章 | 不同阶段收割对水稻产量影响竟这么大！贵州大学通过代谢多组学揭秘水稻最佳收割时期
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2026年2月，贵州大学赵全志教授团队在期刊Food Chemistry上发表了一篇题为“Metabolomics and transcriptomics analyses reveal quality differences in forage-grain ratoon rice under varying mowing stages”的研究论文。本研究结合转录组与代谢组分析，系统探究了四个不同修剪阶段淀粉与蛋白质合成代谢的特征，以阐明各阶段品质差异背后的理论基础。深入理解品质形成的机制将有助于提升优质RR水稻的栽培水平。
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材料与方法
2.1 试验材料
- 品种：桃优香占（籼型杂交再生稻）
- 4个刈割处理：抽穗期HS、乳熟期MS、蜡熟期WS、完熟期FRS
2.2 取样时期
- 花后20d籽粒：用于转录组、广靶代谢组测序
- 成熟籽粒：用于品质、结构、理化指标测定
2.3 品质与理化测定
- 加工品质：出糙率、精米率、整精米率
- 营养指标：直链淀粉、粗蛋白、脂肪含量
- 食味品质：质构特性（硬度、弹性、黏聚性等）
- 微观结构：SEM淀粉形态、支链淀粉链长分布、分子量分布
2.4 组学技术
- 转录组：Illumina NovaSeq 6000，筛选DEGs（|log2FC|≥1、padjust<0.01）
- 广靶代谢组：UPLC-ESI-MS/MS，筛选差异代谢物（VIP>1、p<0.05）
主要组学结果
一、转录组谱分析
不同修剪阶段成对GSEA分析显示：与另外三个修剪阶段相比，FRS阶段在碳代谢、卡尔文循环介导的碳固定、光合作用、苯丙烷类化合物生物合成以及角质层、皮脂酸和蜡质生物合成途径中均呈现显著富集。
图3 再生稻在四个修剪阶段转录组谱的比较
图4 通过四个修剪阶段之间的两两比较，获得了显著富集GSEA的KEGG通路
二、代谢组谱分析
图5 不同修剪阶段再生稻代谢组谱的比较
三、通过整合转录组学与代谢组学分析揭示不同修剪阶段对FG-RR植株淀粉合成影响的分子机制
此外，还发现与糖酵解相关的代谢物水平及基因转录水平在FRS和WS组中均显著高于HS组和MS组。这些代谢物包括1,6-二磷酸果糖、磷酸烯醇式丙酮酸；相关基因则涵盖焦磷酸-果糖-6-磷酸-1-磷酸转移酶、果糖二磷酸醛缩酶、甘油醛-3-磷酸脱氢酶等。这些糖酵解相关基因的上调直接影响了淀粉合成途径中的底物供应。
图6 淀粉生物合成途径
四、通过整合转录组学与代谢组学分析揭示不同修剪阶段对FG-RR中蛋白质合成影响的分子机制
氨基酸谱分析表明，WS和FRS品种中大多数氨基酸的含量均高于HS和MS品种。这可能归因于糖酵解和三羧酸循环途径的上调激活，这些途径为氨基酸合成提供了额外底物。
图7 储存蛋白与氨基酸合成途径
五、利用WGCNA技术鉴定与水稻产量及理化特性相关的功能模块及枢纽基因
GO富集分析显示，DNA代谢、核酸代谢以及前体代谢物与能量生成等生物过程均呈现显著富集现象。KEGG通路分析则表明碳代谢、辅因子生物合成及氨基酸生物合成通路存在明显富集。WS组与FRS组中这些代谢物的水平显著高于HS组和MS组，包括21种氨基酸及其衍生物以及三种三羧酸（TCA）循环中间产物。氨基酸代谢增强可能导致储存蛋白合成增加，从而导致水稻品质下降。
研究总结
不同的收割阶段显著影响了FG-RR品种品质性状的发育。与其他收割阶段相比，MS收割阶段能产出更优的加工品质指标（如糙米率、碾米率、粒米率），并具有最佳的直链淀粉和蛋白质含量；同时MS收割阶段的PKV值、BDV值及糊化温度均更高，SBV值最低，表明其糊化品质更佳。MS收割阶段制备的FG-RR成品口感更佳，表现为硬度、咀嚼感和粘性降低，而弹性增强。在WS和FRS收割阶段，GBSSI基因的转录上调提高了AAC值；而支链淀粉AVECL的缩短则源于OsBEIIb和OsISA1基因的转录上调。此外，糖酵解途径、氨基酸合成途径以及与贮藏蛋白加工修饰相关的基因表达均显著增强，从而提升了FG-RR的蛋白质含量。总体而言，在MS收割阶段，籽粒灌浆期直链淀粉合成与蛋白质合成活性的降低有助于提高大米品质，但这些结论仍需在不同地区和品种中进一步验证。研究结果表明，通过MS收割阶段进行收割可实现FG-RR品种的最佳产量。
