综合转录组和代谢组分析揭示嫁接提高烟草钾利用效率的分子机制

江厚龙; 李勇; 陈天才; 帅红; 胡玮; 《天津农业科学 》 2025

摘要：为了探明嫁接后烟草叶片钾含量增加的分子机制，采用转录组和代谢组学结合的方法，选取钾高效烟草品种五峰2号和主栽烟草品种云烟87为研究对象，比较分析不同烟草砧木之间钾利用效率差异的生物学基础。结果表明，嫁接烟草叶片的钾含量较未嫁接对照云烟87显著增加了90.1%(P<0.05)。通过转录组分析，共鉴定出2 044个差异表达基因，大多数基因富集在植物激素信号转导和MAPK通路中。代谢组分析显示，有175种代谢物存在显著差异，主要涉及氨基酸和碳水化合物等初级代谢物。其中，嫁接烟草叶片中，与糖酵解、氨基酸代谢和三羧酸循环（TCA循环）通路相关的代谢物水平有所增加。通过对上述通路中关键代谢物和基因进行Mantel检验与Pearson相关性分析，确定了2个基因（IAA、CIP1）和3种代谢物（D-果糖、延胡索酸和α-酮戊二酸），这些代谢物和基因与嫁接烟草中钾含量的增加显著相关（Mantel R>0.8或者Mantel R<-0.2,P<0.05）。综上，钾信号转导相关基因的上调和有机酸及糖等初级代谢物的显著增加是嫁接烟草高钾吸收和利用效率的关键因素。

关键词： 嫁接 代谢组 钾 烟草 转录组