基于代谢组和转录组的大豆CMS花粉败育机制研究

王雅楠; 王大刚; 李杰坤; 吴倩; 胡国玉; 黄志平; 《大豆科学 》 2025 北大核心 CSCD

摘要：杂种优势利用是提高大豆产量的有效策略之一,细胞质雄性不育(Cytoplasmic-nuclear Male Sterility,CMS)在大豆杂种优势利用中具有重要作用,为了阐明大豆CMS发生的分子机制,利用大豆CMS系W931A及其保持系W931B的单核小孢子(Uninucleate Microspore,UM)和二胞花粉期(Binucleate Pollen,BP)花蕾进行代谢组学研究,并与转录组数据联合分析,挖掘大豆CMS相关基因及代谢途径.代谢组分析结果显示,在CMS系W931A的UM和BP阶段分别鉴定到147和305个差异代谢物,主要包括脂质及类脂分子化合物、苯丙烷及聚酮化合物和有机杂环化合物等.转录组和代谢组联合分析揭示,差异表达基因(Differentially Expressed Genes,DEGs)和差异代谢物主要参与黄酮类化合物生物合成、苯丙氨酸代谢和苯丙烷类生物合成.在花粉发育过程中,黄酮类及衍生物的合成被显著抑制,F3H(Glyma.01G166200)和FLS(Glyma.06G110600)基因在CMS系W931A中显著下调表达,推测其在相应代谢途径中发挥关键调控作用,导致花药中相关代谢物的差异,进而引发不育系花粉的败育.研究结果有助于构建大豆CMS分子调控网络,并推动大豆CMS分子机制的研究进程.

关键词： 大豆 细胞质雄性不育 代谢组 转录组 黄酮类化合物