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首页 > 过刊浏览>2026年第27卷第1期 >207-222. DOI:10.13430/j.cnki.jpgr.20250427001 优先出版
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热胁迫下莴苣种子萌发的转录组和代谢组解析
DOI:
10.13430/j.cnki.jpgr.20250427001
CSTR:
作者:
作者单位:

1.广东省农业科学院农业生物基因研究中心/广东省农作物种质资源保存与利用重点实验室,广州 510640;2.华南农业大学农学院,广州 510642

作者简介:

研究方向为植物抗逆,E-mail:jinpengwei521@stu.scau.edu.cn

通讯作者:

周玉亮,研究方向为种子休眠与穗发芽抗性,E-mail:zhouyuliang@scau.edu.cn
陈兵先,研究方向为种子生物学理论和技术,E-mail:chenbingxian@gdaas.cn

中图分类号:

基金项目:

国家自然科学基金(31601388);广东省自然科学基金(2024A1515012970)


Transcriptomic and Metabolomic Analysis of Lettuce (Lactuca sativa L.) Seed Germination under Heat Stress
Author:
Affiliation:

1.Agro-Biological Gene Research Center, Guangdong Academy of Agricultural Sciences/ Guangdong Provincial Key Laboratory for Crop Germplasm Resources Preservation and Utilization, Guangzhou 510640;2.College of Agriculture, South China Agricultural University, Guangzhou 510642

Fund Project:

Foundation projects: National Natural Science Foundation of China (31601388); Natural Science Foundation of Guangdong Province (2024A15 15012970)

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    摘要:

    为阐明热胁迫下莴苣种子萌发的分子机制,以耐热栽培品种意大利生菜与热敏栽培品种四季油麦菜为试验材料,对热胁迫下两莴苣品种种子进行转录组、代谢组以及多组学联合分析。通过非靶向代谢组学分析共鉴定到391种热胁迫下的差异表达代谢物,其中酪氨酸代谢与类黄酮生物合成通路呈现特异性激活状态,分支酸、L-酪氨酸、L-酪胺、4-羟基肉桂酸等显著富集。转录组分析共鉴定出3127个差异表达基因,结果显示以下两类遗传调控机制可能与莴苣热胁迫下早期萌发有紧密关系:(1)调控热休克蛋白家族(HSPs)的相关基因特异性高表达;(2)AP2/ERF转录因子家族通过调控β-葡聚糖酶编码基因,驱动莴苣受损细胞壁重构。通过GSEA富集分析结合PPI蛋白互作网络初筛到部分关键基因。qRT-PCR结果进一步验证了RNA-seq结果的准确性。多组学联合分析发现,四季油麦菜中乙烯生物合成基因ACO(1-Aminocyclopropane-1-Carboxylic Acid Oxidase)显著下调,类黄酮生物合成途径核心基因及β-葡聚糖酶编码基因表达受抑,同时芳香族氨基酸(酪氨酸)生物合成受阻,这表明热胁迫通过代谢流阻断与抗氧化防御系统失活的双重作用机制,最终抑制种子萌发。本研究系统解析了莴苣种子在早期萌发阶段响应热胁迫的基因-代谢调控网络,为种子热抑制萌发的分子互作机制研究提供理论支撑。

    Abstract:

    In order to elucidate the molecular mechanism of lettuce seed germination under heat stress, the transcriptome, metabolome and multi-omics combined analysis were performed on the seeds of two lettuce varieties, heat-tolerant cultivar Italian Lettuce and heat-sensitive cultivar Four-Season Fodder Lettuce. Untargeted metabolomics identified 391 differentially expressed metabolites (DEMs), revealing specific activation of the tyrosine metabolism and flavonoid biosynthesis pathways. Metabolites including muconic acid, L-tyrosine, L-tyramine, and p-hydroxycinnamic acid were significantly enriched. Transcriptome analysis detected 3127 differentially expressed genes (DEGs), indicating two distinct genetic regulatory mechanisms associated with early thermotolerance in lettuce germination: (1) Unique upregulation of heat shock protein (HSP)-related genes in Italian Lettuce; (2) Activation of β-glucanase-coding genes by AP2/ERF transcription factors, facilitating repair of heat-damaged cell walls. Key candidate genes were initially screened using Gene Set Enrichment Analysis (GSEA) combined with protein-protein interaction (PPI) network analysis. qRT-PCR validation corroborated the RNA-seq findings. Integrated multi-omics analysis demonstrated significant downregulation of ethylene biosynthesis genes (ACO, 1-Aminocyclopropane-1-Carboxylate Oxidase) in Four-Season Fodder Lettuce. Concurrent suppression occurred in core flavonoid pathway genes, β-glucosidase-encoding genes, and biosynthesis of aromatic amino acids (tyrosine). These results indicate that heat stress inhibits seed germination through a dual mechanism involving metabolic flux blockage and inactivation of the antioxidant defense system. This study delineates the gene-metabolite regulatory network underlying the heat-stress response during lettuce seed germination, providing a theoretical foundation for the molecular interactions governing germination inhibition.

    参考文献
    相似文献
    引证文献
引用本文

魏金鹏,张琪,杨乐,等.热胁迫下莴苣种子萌发的转录组和代谢组解析[J].植物遗传资源学报,2026,27(1):207-222.

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  • 收稿日期:2025-04-27
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  • 在线发布日期: 2026-01-05
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