科研人員構(gòu)建用于作物育種與環(huán)境評價(jià)的代謝調(diào)控網(wǎng)絡(luò)新模型

　　近日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院都市農(nóng)業(yè)研究所植物光生物學(xué)團(tuán)隊(duì)與四川大學(xué)合作，系統(tǒng)闡述了復(fù)雜環(huán)境因子對植物重要次級代謝產(chǎn)物合成與調(diào)控機(jī)制，并提出了一種基于多組學(xué)、田間試驗(yàn)以及植物工廠技術(shù)的植物代謝調(diào)控網(wǎng)絡(luò)新模型，為作物育種與環(huán)境適宜性評價(jià)提供了新思路。相關(guān)研究成果發(fā)表在《分子植物（Molecular Plant）》上。

　　據(jù)楊曉博士介紹，次級代謝產(chǎn)物合成與分解是植物適應(yīng)環(huán)境變化最重要的機(jī)制之一，也是植物可食部分色澤、風(fēng)味和營養(yǎng)的重要體現(xiàn)，可利用環(huán)境因子靶向調(diào)控代謝流定向提升作物品質(zhì)。已有研究表明，植物外界環(huán)境因子（光、溫、水、氣、肥等）的變化會(huì)引起一系列的信號級聯(lián)反應(yīng)，激活或抑制下游基因的表達(dá)，從而調(diào)控代謝物的改變。但與形態(tài)建成相比，環(huán)境因子對植物代謝變化的影響及其耦合機(jī)制尚不清晰，亟待構(gòu)建新的代謝調(diào)控網(wǎng)絡(luò)模型與評價(jià)方法。

 

　　該研究采用多組學(xué)技術(shù)、田間實(shí)驗(yàn)和環(huán)境模擬發(fā)生器等綜合手段，構(gòu)建了“環(huán)境因子-信號途徑-代謝物”的全局調(diào)控網(wǎng)絡(luò)模型，模擬并解析環(huán)境要素對基因表達(dá)、蛋白質(zhì)水平和代謝物含量的影響機(jī)制。通過田間試驗(yàn)獲取作物的綜合環(huán)境數(shù)據(jù)和多組學(xué)數(shù)據(jù)，并在植物工廠環(huán)境下進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)和代謝組學(xué)的響應(yīng)分析，進(jìn)而剖析環(huán)境因素與代謝動(dòng)力學(xué)之間的調(diào)控機(jī)制，為培育高產(chǎn)高營養(yǎng)作物提供理論參考。該模型的構(gòu)建為研究環(huán)境變化與代謝動(dòng)力學(xué)之間的內(nèi)在關(guān)系提供了有效手段，為有效預(yù)測未來氣候變化、短期極端天氣條件和稀有地點(diǎn)（太空農(nóng)業(yè)等）的氣候動(dòng)態(tài)對植物生長發(fā)育和代謝調(diào)控的影響、助力作物高效育種提供了有力支撐。

 

　　該研究得到中國農(nóng)科院科技創(chuàng)新工程等項(xiàng)目資助。

 

　　文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.molp.2021.12.017