轉錄組與代謝組聯合分析揭示遮陰脅迫下甘薯的代謝響應途徑

王雁楠陳金金卞倩倩胡琳琳張 莉尹雨萌喬守晨曹郭鄭康志河趙國瑞楊國紅楊育峰,*

1河南省農業科學院糧食作物研究所, 河南鄭州 450002;2鄭州大學農學院, 河南鄭州 450001;3河南省農業科學院農業經濟與信息研究所, 河南鄭州 450002

甘薯(Ipomoea batatas(L.) Lam.)是重要的糧食、飼料、淀粉(及其制品)生產原料以及替代性生物能源作物, 我國甘薯種植面積和產量均居世界首位[1]。近年來, 甘薯逐漸餐桌化, 成為人們調節飲食結構的重要食物來源, 其種植效益也逐漸提升, 成為諸多地方鄉村振興的主推作物。在種植模式上, 甘薯經常與玉米、煙葉、芝麻、果樹等進行套種以充分利用空間和地力, 獲得更高的產量和經濟效益。然而作為喜光作物, 甘薯在套種栽培模式中經常處于低位被遮陰, 嚴重影響了其產量的形成。同時, 甘薯生長中后期經常面臨陰雨寡照天氣而影響其干物質的積累。因此, 解析甘薯在遮陰脅迫下的代謝響應途徑可為其耐蔭性品種改良提供理論依據。

一般認為植物響應遮陰的策略有避蔭性(shade avoidance)和耐蔭性(shade tolerance)[2]。典型的避蔭性反應有葉片上仰、莖伸長、減少分枝及葉片發育異常、早花等[3-4]。在遮陰條件下, 紅光/遠紅光(R/FR)比值降低, 光敏色素變為非激活態(Pr), 導致PIFs(phytochrome interacting factors, PIF4、PIF5、PIF7)的積累, 進而激活生長素、赤霉素、油菜素內酯、細胞分裂素以及乙烯合成(或運輸)途徑中的E-box和G-box目標基因, 從而促進細胞伸長[5-6]。避蔭性反應對于農作物的生長是不利的, 阻礙了植株生物量的擴大和籽粒產量的增加[7]。耐蔭性則主要表現為比葉面積(specific leaf area, SLA)增加、葉綠素a/b比值降低以及增加光合系統II和光合系統I的比值,也就是增加碳源的獲取[8-9]。……