IF=4.3 | 衰老水稻种子的转录组代谢组联合分析
“ 2025年5月 BMC Plant Biology杂志发表了一篇题为“Transcriptome and metabolome analysis of senescent rice (Oryza sativa L.) seeds: insights into the mechanism of germination vigor and seedling morphogenesis”的转录组代谢组联合分析文章。”
01
—
研究背景
种子活力是种子发芽和出苗率、幼苗生长潜势、植株抗逆能力和生产潜力的总和 。随着种子贮藏时间的增加，老化现象不可避免，种子活力逐渐降低，这严重影响了种子在农业生产中的应用。但衰老如何影响种子活力的调控机制仍迷雾重重。本研究整合转录组与代谢组技术，比较新鲜与衰老种子的基因表达和代谢物差异，进而深入理解水稻种子衰老的分子调控机制，为改善水稻种子的贮藏和保持其活力提供理论依据。
02
—
分析结果
01. 实验设计
研究使用5种不同储存时间的水稻种子（分别为2014、2016、2017、2018、2021年收获），选择均匀和成熟的水稻种子粒进行培养，总共培养7天，期间测定种子的各项生理指标，并于第7天取样做转录组代谢组分析。
02. 贮藏时间对水稻种子的影响
研究深入分析了贮藏时间对水稻种子发芽和幼苗发育的影响。研究显示，贮藏时间的增加与种子发芽活力和幼苗形态发育能力的显著下降有关，凸显了种子老化对水稻产量潜力的深远影响。
03. 转录组分析
转录组分析显示，不同储存时间的种子在发芽过程中基因表达模式存在显著差异，差异表达基因富集于亚油酸代谢、MAPK 信号通路、次生代谢物生物合成和类黄酮生物合成相关的途径。这些结果表明，年龄诱导的基因表达变化可能会影响种子发芽过程中的能量代谢、激素平衡和抗逆性。
04.代谢组分析
代谢组学分析进一步证实了这些观察结果，揭示了参与能量代谢、抗氧化防御和细胞信号传导的代谢物的差异积累。KEGG 富集分析表明，差异代谢物显著富集于亚油酸代谢、二萜类生物合成、丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢以及 α-亚麻酸代谢等途径。
05.转录组代谢组联合分析
KEGG 富集分析表明，多种途径在 DAMs 和 DEGs 中共同富集，其中亚油酸代谢 （Ko00591）和 α-亚麻酸代谢（Ko00592）被发现高度显著（p < 0.05），次生代谢物（Ko01110）和代谢途径 （Ko01100）的生物合成高度丰富。通过 KGML 网络分析进一步从通路重建了基因-代谢物相互作用网络。研究结果表明，亚油酸代谢和亚麻酸代谢以及次生代谢物在衰老种子的发芽过程中起着至关重要的作用。
03
—
总结
研究结果表明，随着贮藏时间的延长，种子发芽率和幼苗发育显著下降，这与直链淀粉含量增加、蛋白质含量降低、淀粉酶活性降低和激素水平改变有关。值得注意的是，亚麻酸和亚油酸的代谢受到种子老化的显着调节。因此，使用可以提高生长素水平或脂质代谢的植物生长调节剂可能有助于老化种子的发芽和能量调动。这些发现为水稻种子老化的生理和分子基础提供了见解，并为提高种子活力和储存策略提出了未来的研究方向，最终有助于提高农业生产力和种子质量。
- 发表于 2025-05-30 17:41
- 阅读 ( 171 )
- 分类：文献解读
