项目文章合集 | 植物代谢多组学助力胁迫研究

低温、病害、盐碱等非生物与生物胁迫严重制约植物生长发育，破坏细胞氧化稳态，诱发活性氧大量积累，造成膜脂过氧化与代谢紊乱。植物进化出多层次防御网络，通过转录水平重编程调控次生代谢合成，其中苯丙烷、类黄酮等通路是核心抗氧化防线。单一组学难以完整解析胁迫响应分子逻辑，转录组可挖掘胁迫诱导差异调控基因，代谢组直观呈现功能代谢物动态，二者联合能串联基因表达与代谢物积累，完整阐释防御调控通路。下面是4篇植物非生物胁迫和生物胁迫多组学研究方案。

项目文章一

文章题目：Phenotypic Physiological and Metabolomic Analyses Reveal Crucial Metabolic Pathways in Quinoa (Chenopodium quinoa Willd.) in Response to PEG-6000 Induced Drought Stress

期刊名称：International Journal of Molecular Sciences

影响因子：5.6

研究方法：生理指标、非靶向代谢组学

合作单位：吉林师范大学、内蒙古农业大学

百谱生物为该研究提供了代谢组检测与分析服务！

主要结果：

本研究以耐旱品种D2、干旱敏感品种ZK1为材料，利用PEG-6000模拟苗期干旱胁迫，结果显示：随干旱胁迫加剧，藜麦叶绿素含量逐步上升，重度胁迫W4下D2叶绿素较对照W1提升49.85%；中、重度干旱时，ZK总叶绿素、净光合速率、气孔导度显著低于D2。非靶向代谢组共鉴定到正离子模式1295种、负离子模式914种代谢物；干旱胁迫下12(R)-HETE、磷脂酰胆碱、单半乳糖二酰甘油（MGDG）、水苏糖显著上调。KEGG富集分析表明不饱和脂肪酸生物合成、甘油磷脂代谢通路显著富集。综上，藜麦通过积累叶绿素与可溶性糖类、激活不饱和脂肪酸代谢、保护光合系统协同抵御干旱。本研究为藜麦耐旱育种及耐旱分子机制研究提供理论依据。

图5 差异积累代谢物概述

项目文章二

文章题目：Combined transcriptome and metabolome analysis of Polygonatum cyrtonema Hua in response to Botrytis deweyae infection

期刊名称：Frontiers in Plant Science

影响因子：5.9

研究方法：酶活性测定、RNA-seq、非靶向代谢组、关联分析

合作单位：重庆三峡大学等

百谱生物为该研究提供了代谢组检测与分析服务！

主要结果：

本研究结合防御酶活性检测、转录组与代谢组联合分析，解析多花黄精抵御真菌侵染的分子响应机制。病原菌侵染后，叶片PAL、CAT、POD防御酶活性显著升高。转录组KEGG富集显示植物-病原菌互作、MAPK信号通路、植物激素信号转导、苯丙烷生物合成通路响应最显著；AP2/ERF、WRKY、C2H2为核心抗病转录因子，WRKY家族是MAPK通路关键调控蛋白。代谢组鉴定出香豆酸、α-亚麻酸、茉莉酸(JA)等核心抗病代谢物。组学关联分析表明苯丙烷代谢、α-亚麻酸代谢是黄精应对侵染的核心通路，苯丙酮酸为苯丙烷途径关键中间产物；α-亚麻酸大量积累促进JA合成，激活依赖JA的系统抗性，该过程受MYC转录因子调控。研究证实JA信号通路在多花黄精抗灰霉病防御中发挥核心作用，为黄精及同类药用植物抗病品种选育、生防制剂开发提供理论基础。

图8 差异表达基因（DEGs）的PPI蛋白质相互作用图

图11 差异表达基因及代谢物的网络图

项目文章三

文章题目：Secondary Metabolites of Bacillus zhangzhouensis from Zygophyllum oxianum and Their Antifungal and Plant Growth-Regulating Properties

期刊名称：Plants

影响因子：4.7

研究方法：非靶向代谢组

合作单位：中国科学院新疆生态与地理研究所等

百谱生物为该研究提供了代谢组检测与分析服务！

主要结果：

植物根际蕴藏大量具有生防潜力功能微生物。本研究以乌兹别克斯坦咸海地区荒漠植物骆驼蹄草根根际分离的漳州芽孢杆菌为材料，探究其次生代谢物对苹果腐烂病菌的拮抗作用。非靶向代谢组分析共鉴定2475种代谢物，筛选出6类已知抗生素。通过核磁解析得到4种纯化合物：齐墩果酸、熊果酸、环(脯氨酸-丝氨酸)二肽、尿嘧啶。设置4个浓度梯度分别处理双子叶（反枝苋、本氏烟草）与单子叶（小黑麦、小麦）幼苗，结果显示所有化合物均呈浓度依赖性抑制根系生长，单子叶抑制效应更突出；部分处理可促进地上茎伸长，尤其在本氏烟草中效果明显。综上，漳州芽孢杆菌可合成兼具抗真菌、双向调控植物生长的多样活性次生代谢物，具备开发生物防治菌剂与天然活性物质的应用潜力。

图3 活性组分的质谱分析

项目文章四

文章题目：Integrated Transcriptome–Metabolome Analysis Reveals the Flavonoids Metabolism Mechanism of Maize Radicle in Response to Low Temperature

期刊名称：Plants

影响因子：4.7

研究方法：生理生化测定、RNA-seq、非靶向代谢组、关联分析

合作单位：黑龙江八一农垦大学等

百谱生物为该研究提供了代谢组检测与分析服务！

主要结果：

本研究以耐寒差异品种 ZD958、DMY1为材料，设置15℃对照、5℃低温胁迫处理48h，结合表型、生理、转录组、代谢组解析玉米胚根低温响应机制。低温造成胚根ROS失衡、氧化损伤，抑制胚根生长并激活植株抗氧化防御。转录组与代谢组联合分析表明类黄酮代谢通路在低温应答中起核心作用。低温处理后两个品种胚根总黄酮、总抗氧化能力、4CL、DFR酶活均极显著上升。两品种基因型存在差异，通过清除ROS、维持细胞氧化还原稳态、构建抗氧化屏障，保障胚根基础代谢与生长发育。本研究明确玉米胚根类黄酮代谢是抵御低温的关键通路，为寒区玉米耐低温种质选育、栽培调控优化提供理论依据。

图8 不同处理条件下玉米胚根中黄酮类化合物代谢调控途径的分析