低磷胁迫下不同耐受型谷子的代谢组学差异OA北大核心

【目的】谷子具有较强的耐瘠薄特性,探索谷子响应低磷胁迫的根系形态与生理代谢变化,对于了解谷子耐低磷机制具有重要意义。【方法】以耐低磷型种质B254和低磷敏感型种质B171为试材进行水培试验,设置正常和低磷Hoagland营养液两个处理,KH2PO4浓度分别为0.25、0.0025 mmol/L。幼苗在营养液中处理7、14天时,取样分析农艺性状、根系形态、磷含量、生理酸性磷酸酶(ACP)活性,利用LC-MS/MS技术分析叶片和根系的代谢物,以VIP>1、log2(FC)≥1和P<0.05为条件筛选差异代谢物,并利用KEGG代谢通路数据库分析差异代谢物主要存在的代谢途径。【结果】在低磷条件下,谷子株高显著降低了32.8%,根系磷含量降低可达75.84%,但耐受型B254总根长、根表面积分别显著增加了33.7%、59.5%,表现出较强的耐低磷特性。同时,叶绿素、花青素和酸性磷酸酶(ACP)活性在低磷条件下也显著增加,其中B254的叶片与根系ACP活性分别显著增加了91.83%与22.91%。相关性分析结果表明,在低磷条件下株高、根系发育与生理适应性状之间的相关性显著增强。代谢组学差异分析结果显示,低磷胁迫下不同低磷耐受型谷子代谢产物类型存在较大差异,其中B171在叶片和根系中积累了大量的黄酮、萜类和脂质,而B254的差异代谢物主要为氨基酸和脂质,尤其是特殊酯类磷脂合成前体溶血磷脂酸积累。KEGG代谢通路分析发现,低磷胁迫显著富集了谷子叶片的嘌呤代谢和根系苯丙氨酸代谢。【结论】低磷胁迫诱导谷子耐低磷种质提高了酸性磷酸酶活性,提升了花青素含量,并促进了黄酮、氨基酸、脂类等代谢物的合成,尤其是对类磷脂合成前体如溶血磷脂酸的累积起到极为关键的作用,产生的差异代谢物主要出现在嘌呤代谢和苯丙氨酸代谢途径。