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我校在玉米和水稻代谢组进化研究上获新进展

核心提示: 近日,我校玉米团队肖英杰副教授和湖南农业大学邓敏博士联合在The Plant Journal 杂志发表研究论文。该研究利用已公开发表的玉米和水稻代谢组数据进行了深入分析,结果表明,代谢组对植物的进化具有重要价值,为理解玉米和水稻种间、亚种间分化提供了新的信息。

南湖新闻网讯(通讯员 邓敏)近日,我校玉米团队肖英杰副教授和湖南农业大学邓敏博士联合在The Plant Journal 杂志发表了题为“Metabolomic analysis reveals differences in evolution between maize and rice”的研究论文。该研究利用已公开发表的玉米和水稻代谢组数据进行了深入分析,结果表明,代谢组对植物的进化具有重要价值,为理解玉米和水稻种间、亚种间分化提供了新的信息。

代谢产物是代谢过程的中间产物和终产物,它们在植物生长、进化和适应气候变化中起着重要作用。前人利用基因组学、转录组均对玉米和水稻的进化进行了研究,然而,进化如何影响植物的代谢变化仍知之甚少。

图1 玉米种子和水稻种子、叶片代谢组成及其PCA分析

图1 玉米种子和水稻种子、叶片代谢组成及其PCA分析

该研究对玉米种子和水稻叶片、种子的代谢组进行了分析。研究结果显示通过基于叶片代谢产物而不是种子代谢产物的主成分分析,可将籼稻和粳稻品种清楚地分离出来,而温带和热带两个玉米亚群则显示出更多重叠(图1)。表明在玉米和水稻驯化过程中一些关键的代谢物,如类黄酮等起了重要的作用。

图2 玉米和水稻种子代谢物的差异

图2 玉米和水稻种子代谢物的差异

根据进一步的研究表明,水稻和玉米种子在代谢变异中表现出明显的种间差异,而在水稻中,叶片和种子具有相似的代谢变异。在10个代谢类别中,黄酮类化合物在玉米中的变异性高于水稻,表明黄酮类化合物是种间代谢差异的关键成分(图2)。而通过比较水稻不同组织代谢物差异表明,水稻叶片中不同亚种间差异代谢物的比例大部分高于种子的,特别是类黄酮、酚胺类代谢物和多份代谢物。

图3 玉米和水稻代谢物与代谢物相关性分析

图3 玉米和水稻代谢物与代谢物相关性分析

代谢调节从正相关到负相关有显著变化,表明玉米和水稻的差异进化过程(图3)。跟玉米相比,这种差异可能是由于在水稻中鉴定出更多的代谢互作。此外,水稻叶片中比种子中具有更强的代谢互作。

湖南农业大学邓敏博士为论文第一作者,华中农业大学作物遗传改良国家重点实验室肖英杰副教授为通讯作者,严建兵教授参与并指导了该研究工作。此外,河南农业大学张雪海博士、华中农业大学作物遗传改良国家重点实验室博士生罗靓赟、刘海军博士、华中农业大学园艺植物生物学教育部重点实验室闻玮玮教授、湖南农业大学罗红兵教授也参与了该工作。

审核人:肖英杰

论文链接https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/tpj.14856

责任编辑:徐行
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