利用广泛靶向代谢组学方法分析和挖掘响应水稻种子低氧萌发的候选代谢产物

【作者】 苏玲； 杨靖； 杨蒙； 孙凯； 李冬秀； 黄翠红； 周丹华； 肖武名； 王慧； 陈志强； 郭涛；

【机构】 华南农业大学国家植物航天育种工程技术中心；

【摘要】 【研究背景】水稻(Oryza sativa. L)的低氧萌发是一个多基因控制的复杂性状。已有的研究集中于QTL位点鉴定和转录组差异分析,并克隆了少数重要基因,但有关水稻种子低氧萌发过程中的代谢谱分析及厌氧响应代谢物的筛选尚未见报道。通过低氧萌发过程代谢谱分析和关键代谢物的筛选,有助于解析水稻低氧萌发机理;【材料方法】本研究选用粳稻品种02428和籼稻品种YZX,设计了低氧、有氧和氧气转换处理试验,每个处理三次重复,共获取54份样品。采用液相色谱串联质谱法(LC-MS/MS)、加权基因共表达网络分析(WGCNA)及偏最小二乘法回归分析(PLS)对54份样品的代谢谱进行了分析;【结果与分析】通过对代谢谱分析,我们共检测到730个代谢物,包含氨基酸及其衍生物、类黄酮类、碳水化合物、有机酸、核苷酸及其衍生物等32类代谢物。在低氧处理条件下,两种水稻中上调类型代谢产物以氨基酸、氨基酸衍生物、有机酸及其衍生物、核苷酸及其衍生物、酚胺、糖类为主。利用权重共表达分析(WGCNA)的方法对代谢谱数据进行分析后,筛选出25个在低氧胁迫条件下特异富集的代谢物,比较25个代谢物在氧气转换处理前后的差异性,进一步挑选出13个显著响应低氧胁迫的代谢物。用SIMAC-P软件进行胚芽鞘长(CL)、胚芽鞘直径(CD)与13个代谢产物含量的偏最小二乘法回归分析(PLS),基于回归方程,鉴定出5-Methyluridine、Kynurenicacid、Xanthine与胚芽鞘长(CL)相关,D-Fructose6-phosphate、Deoxyribose5-phosphate、L-Alanine胚芽鞘直径(CD)相关,这6个代谢物可能是水稻响应低氧萌发的关键代谢物。【结论】本研究对两个籼稻和粳稻材料低氧胁迫下的种子萌发代谢谱进行了分析,利用WGCNA和PLS方法,从730个代谢物中鉴定出6个显著响应低氧条件和促进胚芽鞘生长的核心候选代谢物。它们参与淀粉代谢、磷酸戊糖代谢、氨基酸代谢途径等,为水稻低氧萌发提供能量和原料。更多还原