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    基于轉(zhuǎn)錄組學(xué)和代謝組學(xué)解析氮調(diào)控花生結(jié)瘤固氮的機(jī)理

    2023-05-27 22:32:09刁瑞寧楊莎張佳蕾王建國(guó)彭振英崔利劉珂珂李新國(guó)萬(wàn)書波
    山東農(nóng)業(yè)科學(xué) 2023年4期
    關(guān)鍵詞:代謝組學(xué)結(jié)瘤花生

    刁瑞寧 楊莎 張佳蕾 王建國(guó) 彭振英 崔利 劉珂珂 李新國(guó) 萬(wàn)書波

    關(guān)鍵詞:花生;結(jié)瘤;固氮酶活性;轉(zhuǎn)錄組學(xué);代謝組學(xué)

    花生作為一種重要的油料作物,在熱帶、亞熱帶和溫帶地區(qū)廣泛種植。近年來,為了確?;ㄉ弋a(chǎn),農(nóng)民在生產(chǎn)過程中往往過量施用氮肥,導(dǎo)致氮肥供應(yīng)與作物需求嚴(yán)重不同步,不僅造成資源浪費(fèi),而且污染環(huán)境,嚴(yán)重威脅我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展。

    氮素是作物生長(zhǎng)發(fā)育必需的三大營(yíng)養(yǎng)元素之一,與作物的產(chǎn)量和品質(zhì)密切相關(guān)。豆科作物通過與土壤根瘤菌相互作用形成一個(gè)特殊器官——根瘤,表現(xiàn)出較強(qiáng)的固氮能力,對(duì)其生長(zhǎng)和產(chǎn)量形成至關(guān)重要,也是可持續(xù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的有效氮源。然而,豆科作物的生物固氮受土壤中氮素有效性的嚴(yán)格調(diào)控,當(dāng)?shù)剡^多時(shí)對(duì)結(jié)瘤和固氮具有強(qiáng)烈的抑制作用,形成“氮阻遏”效應(yīng)。

    氮素對(duì)豆科作物結(jié)瘤固氮的調(diào)控是一個(gè)復(fù)雜的過程。結(jié)瘤是一個(gè)耗能的過程,過多的根瘤同樣不利于作物生長(zhǎng)發(fā)育,因此豆科作物通過AON(autoregulation of nodulation)途徑負(fù)反饋調(diào)節(jié)根瘤數(shù)量,減少能量消耗,維持碳氮平衡,而氮素可以通過AON途徑抑制豆科作物結(jié)瘤。研究表明,氮素供給促進(jìn)了豆科作物根系生長(zhǎng)及對(duì)氮的吸收和同化,增加了碳消耗,因此減少了光合同化產(chǎn)物向根瘤的分配,從而抑制了根瘤生長(zhǎng)發(fā)育及固氮酶活性。根瘤的硝酸鹽代謝也是硝態(tài)氮抑制根瘤固氮的重要原因。研究表明,硝態(tài)氮能提高根瘤中硝酸還原酶和亞硝酸還原酶活性,硝酸還原酶能將硝酸鹽還原為亞硝酸鹽并在胞質(zhì)中積累,而亞硝酸鹽是類菌體固氮酶活性的抑制劑,因此積累的亞硝酸鹽會(huì)直接抑制固氮酶活性;Stephens等研究也認(rèn)為添加KNO3或KNO2明顯抑制根瘤的固氮酶活性。

    目前在氮素調(diào)控豆科作物結(jié)瘤和固氮的分子機(jī)制方面已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展,但大多數(shù)研究是以大豆、百脈根、蒺藜、苜蓿等模式作物為試驗(yàn)材料,關(guān)于花生的研究較少,而且不同的豆科作物中調(diào)控結(jié)瘤固氮的分子機(jī)制存在差異,因此本試驗(yàn)開展關(guān)于氮素調(diào)控花生結(jié)瘤固氮機(jī)理的研究,以期為高效利用花生生物固氮體系提供理論依據(jù)。

    1材料與方法

    1.1供試材料

    試驗(yàn)于2019-2020年在山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院飲馬泉試驗(yàn)基地進(jìn)行,供試花生品種為花育22號(hào)。采用盆栽試驗(yàn),花盆規(guī)格為高30cm、直徑25cm,栽培基質(zhì)為石英砂與蛭石按3:1(體積比)比例混合。

    1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

    試驗(yàn)設(shè)CK(不施氮)和N(施純氮90kg/hm2)兩個(gè)處理,每個(gè)處理30盆,隨機(jī)排列,重復(fù)3次?;ㄉ?月10日播種,播種前用活性良好的根瘤菌菌液拌種,每盆播3穴,每穴1粒,出苗后選留2株壯苗;施底肥,氮肥按試驗(yàn)設(shè)計(jì),每盆施尿素1.74g,其他肥料按Ca0 150kg/hm2、P 180 kg/hm2、K180kg/hm2施用,每盆分別施Ca0 1.33g、KH2P044.62g。所有盆栽均放在可移動(dòng)大棚下進(jìn)行避雨,定期定量澆水。

    1.3測(cè)定指標(biāo)與方法

    1.3.1根瘤數(shù)量統(tǒng)計(jì)出苗后35天取樣,每個(gè)處理隨機(jī)取樣5盆。將取樣植株根系清洗干凈,統(tǒng)計(jì)每株花生的根瘤數(shù)量。

    1.3.2固氮酶活性測(cè)定出苗后35天取樣,每個(gè)處理隨機(jī)取3盆花生。將根瘤摘下洗干凈并擦干表面水分,裝入廣口瓶并蓋上帶孔的膠塞,連接好玻璃導(dǎo)管及橡膠導(dǎo)管,密封;用注射器從密閉的廣口瓶中抽出10mL空氣,然后注入10mL乙炔氣體,室溫放置2h;抽取混合氣體,用氣象色譜儀測(cè)定乙烯峰面積,固氮酶活性用每克根瘤每小時(shí)產(chǎn)生的乙烯量(nmol)表示。

    1.3.3轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析

    出苗后35天取樣,每個(gè)處理隨機(jī)取樣3盆。取樣后將根系用蒸餾水沖洗干凈,擦干水分,剪碎混勻后用錫箔紙包好,迅速放人液氮。利用TRIzol法提取RNA,經(jīng)過質(zhì)量檢測(cè)后利用試劑盒(NEBNext⑧UltrarM RNA Li-brary Prep Kit for Illumina,NEB,美國(guó))進(jìn)行文庫(kù)構(gòu)建,主要步驟參考說明書。建好的文庫(kù)應(yīng)用Il一lumina HiSeq平臺(tái)進(jìn)行測(cè)序,整個(gè)測(cè)序過程由武漢邁特維爾生物科技有限公司完成。

    高通量測(cè)序后的原始序列經(jīng)過過濾、篩選,獲得可以用于后續(xù)分析的Clean Reads。利用HI-SAT2將Clean Reads與四倍體栽培花生參考基因組進(jìn)行序列比對(duì),然后以log2FC≥1且FDR<0.05為條件對(duì)獲得的基因進(jìn)行篩選,得到差異表達(dá)基因。參照GO(Gene Ontology)數(shù)據(jù)庫(kù)將差異表達(dá)基因進(jìn)行功能注釋分類,參考KEGG(KyotoEncyclopedia of Genes and Genomes)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)一步分析差異表達(dá)基因參與的代謝途徑。

    1.3.4代謝組學(xué)分析代謝組學(xué)分析材料同轉(zhuǎn)錄組學(xué)測(cè)序材料,測(cè)序分析由武漢邁特維爾生物科技有限公司完成。將花育22號(hào)根系(含根瘤)粉碎并研磨至粉末狀,稱取100mg溶解于1.2mL70%甲醇提取液中,放人4℃冰箱過夜,離心(轉(zhuǎn)速12000r/min,10min)后取上清液,過0.22um微孔濾膜,用超高效液相色譜(UPLC)和串聯(lián)質(zhì)譜(MS/MS)分析儀檢測(cè)代謝物,然后基于MWDB(Metware Database),根據(jù)二級(jí)譜信息進(jìn)行物質(zhì)定性,并利用三重四級(jí)桿質(zhì)譜的多反應(yīng)檢測(cè)(multi-ple reaction monitoring,MRM)模式進(jìn)行定量分析。利用軟件Analyst 1.6.3處理得到的質(zhì)譜數(shù)據(jù),用MultiaQuant軟件進(jìn)行色譜峰的積分和校正;然后進(jìn)行主成分分析和聚類分析,再以VIP≥1、log2FC≥1為條件篩選出差異代謝物,其中VIP為變量重要性投影(variable importance in projec-tion)。最終利用KEGG數(shù)據(jù)庫(kù)和GO數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)差異代謝物進(jìn)行注釋,獲得代謝物參與的代謝路徑。

    1.3.5qRT-PCR驗(yàn)證取1.3.3中提取的RNA,利用試劑盒進(jìn)行反轉(zhuǎn)錄,然后進(jìn)行定量PCR試驗(yàn)。每個(gè)樣品設(shè)置3次生物學(xué)重復(fù)。所用引物如表1所示。PCR反應(yīng)體系:SYBR Green MasterMix10uL,引物F、R各0.5uL,cDNAluL,用RNase Free H20補(bǔ)至20uL。具體操作按照熒光定量PCR說明書進(jìn)行。以actin作為內(nèi)參基因,采用2-△△法對(duì)qRT-PCR結(jié)果進(jìn)行計(jì)算,用t—test對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯著性分析。

    1.3.6生長(zhǎng)素類化合物含量測(cè)定出苗后35天取樣,每個(gè)處理隨機(jī)取樣3盆。取樣后將根系用蒸餾水沖洗干凈,擦干水分,剪碎混勻后用錫箔紙包好,迅速放人液氮速凍。由武漢邁特維爾生物科技有限公司(http://www. metware. cn/)基于LC-MS/MS平臺(tái)對(duì)樣品進(jìn)行生長(zhǎng)素類化合物含量的測(cè)定。

    1.4數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析

    基因相對(duì)表達(dá)量、根瘤數(shù)與固氮酶活性數(shù)據(jù)用SPSS22.0軟件統(tǒng)計(jì)分析,用Microsoft Excel2016軟件制圖。

    2結(jié)果與分析

    2.1轉(zhuǎn)錄組測(cè)序數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)估

    經(jīng)分析(表2)發(fā)現(xiàn),每個(gè)樣品產(chǎn)生44. 03~52.29M的Raw Reads,去除低質(zhì)量數(shù)據(jù)后得到42.32~51.19M的Clean Reads,GC含量在43.87%~44.29%之間,沒有AT/GC分離現(xiàn)象,Q20和Q30的堿基比分別達(dá)到97%和93%以上,充分證明樣本測(cè)序數(shù)據(jù)的質(zhì)量較好。將得到的Clean Reads進(jìn)一步與栽培花生基因組進(jìn)行比對(duì),質(zhì)控后的測(cè)序數(shù)據(jù)中94%以上的序列可以比對(duì)到參考基因組中,79%以上的序列被定位到唯一的區(qū)域,由此說明,測(cè)序數(shù)據(jù)的比對(duì)效果較好,可以進(jìn)行后續(xù)分析。

    2.2樣本間基因表達(dá)差異分析

    本試驗(yàn)中,以log2FC≥1且FDR<0.05為條件篩選對(duì)照(CK)和氮處理(N)中的基因,如圖1A所示。經(jīng)統(tǒng)計(jì),共獲得3123個(gè)差異表達(dá)基因,其中上調(diào)表達(dá)的有1538個(gè),下調(diào)表達(dá)的有1585個(gè)(圖1B)。

    經(jīng)具體分析,從中篩選出13個(gè)與氮調(diào)控花生結(jié)瘤固氮相關(guān)的基因(表3),包括編碼生長(zhǎng)素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)(生長(zhǎng)素應(yīng)答因子)、鳥氨酸脫羧酶、天冬酰胺合成酶、谷氨酰胺合成酶、谷氨酸合酶以及蘋果酸脫氫酶等基因:施氮后,2個(gè)編碼生長(zhǎng)素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的基因、2個(gè)鳥氨酸脫羧酶基因、2個(gè)天冬酰胺合成酶基因上調(diào)表達(dá),其余7個(gè)基因均下調(diào)表達(dá)。

    2.3轉(zhuǎn)錄組測(cè)序結(jié)果的qRT-PCR驗(yàn)證

    為了驗(yàn)證轉(zhuǎn)錄組信息的可信度,隨機(jī)選取6個(gè)差異表達(dá)基因進(jìn)行qRT-PCR驗(yàn)證,結(jié)果(圖2)顯示,N處理后LOC112715771上調(diào)表達(dá),其余5個(gè)基因均下調(diào)表達(dá),與RNA-seq分析結(jié)果一致,證明轉(zhuǎn)錄組測(cè)序結(jié)果可靠。

    2.4差異表達(dá)基因GO功能注釋和KEGG富集分析

    對(duì)得到的差異基因進(jìn)行GO功能注釋,可以闡明樣本差異在基因功能上的體現(xiàn)。本試驗(yàn)對(duì)CK與N處理中的差異基因進(jìn)行GO功能注釋,可以從宏觀上展示花生根部響應(yīng)氮素處理的基因的功能分布特征。基于前期篩選出來的差異基因,選取了富集分析結(jié)果中q value最低的50個(gè)GO-Term,繪制富集條目直方圖(圖3)。差異基因的功能注釋為3大類:生物過程(biologicalprocess)、細(xì)胞組成(cellular component)和分子功能(molecular function)。N處理中的差異基因主要參與的生物過程有:細(xì)胞過程(cellularprocess)、代謝過程(metabolic process)、對(duì)刺激的響應(yīng)(response to stimulus)、生物調(diào)節(jié)(biologicalregulation)等;在細(xì)胞組成中,差異基因主要富集在細(xì)胞組分(cell part)、細(xì)胞器(organelle)等;在分子功能中,催化活性(catalytic activity)、轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)活性(transcription regulator activity)等所占比例較高。

    生物體內(nèi)的不同基因產(chǎn)物通過相互作用行使生物學(xué)功能,對(duì)差異表達(dá)基因的通路注釋分析有助于進(jìn)一步解讀基因的功能,因此,本研究對(duì)CK與N處理的差異基因進(jìn)行了KEGG通路富集分析。我們選取了差異表達(dá)基因富集的前20條KEGG通路進(jìn)行展示,從圖4可以看出,N處理中差異基因富集的主要通路有次生代謝物的生物合成(biosynthesis ofsecondary metabolites)、植物激素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)(plant hor-mone signal transduction)、苯丙素的生物合成(pheny-lpropanoid biosynthesis) .MAPK信號(hào)途徑(MAPK sig-naling pathway-plant)、甘油磷脂代謝(glycerophospho-lipid metabolism)、氮代謝(nitrogen metabolism)等。

    2.5樣本中差異代謝物的篩選

    本試驗(yàn)以log2FC≥1且VIP≥1為條件,對(duì)CK與N處理中檢測(cè)到的代謝物進(jìn)行篩選,得到201種差異代謝物,其中87種代謝物下調(diào),114種代謝物上調(diào)。這些差異代謝物中有32種氨基酸及其衍生物(amino acids and derivatives)、24種酚酸(phenolic acids)、10種核苷酸及其衍生物(nu-cleotides

    and

    derivatives)、40種黃酮類(fla-vonoids)、2種醌類(quinones)、7種木脂素和香豆素(lignans

    and coumarins)、27種其他類(others)、1種鞣質(zhì)(tannins)、14種生物堿(alkaloids)、4種萜類(terpenoids)、11種有機(jī)酸(organic acids)、29種脂質(zhì)(lipids),其中,黃酮類代謝物所占比重最高,約為19.9%,除2種代謝物下調(diào)外,38種黃酮類代謝物上調(diào)(圖5)。綜上所述,氮處理后,黃酮、氨基酸、酚酸、木脂素和香豆素等代謝物在花生根和根瘤中呈上調(diào)趨勢(shì),而脂質(zhì)、核苷酸和有機(jī)酸等代謝物則呈下調(diào)趨勢(shì)。

    2.6轉(zhuǎn)錄組學(xué)和代謝組學(xué)聯(lián)合分析

    為了進(jìn)一步了解同一生物過程的代謝物與基因之間的關(guān)聯(lián),進(jìn)行代謝組學(xué)和轉(zhuǎn)錄組學(xué)聯(lián)合分析,共得到60條顯著富集的KEGG通路(圖6)。差異基因主要富集的KEGG通路包括苯丙素生物合成(phenylpropanoid biosynthesis)、植物激素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)(plant hormone signal transduction)、次生代謝物的生物合成(biosynthesis of secondary me-tabolites)、甘油磷脂代謝(glycerophospholipid me-tabolism)、氮代謝(nitrogen metabolism)等;差異代謝物主要富集的KEGG通路包括異黃酮生物合成(isoflavonoid biosynthesis),次生代謝物生物合成(biosynthesis of secondary metabolites),萜、哌啶和吡啶生物堿的生物合成(tropane,piperidine andpyridine alkaloid biosynthesis),精氨酸生物合成(arginine biosynthesis),氨基酸生物合成(biosyn-thesis of amino acids)等。

    2.7氮處理對(duì)花生根系生長(zhǎng)素類化合物含量的影響

    前期試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)生長(zhǎng)素及其信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)參與花生結(jié)瘤過程,因此對(duì)氮素處理后花生根部生長(zhǎng)素類化合物及其含量進(jìn)行了測(cè)定,經(jīng)LC-MS/MS分析共篩選出11種生長(zhǎng)素類化合物(表4),N處理后,TRA、ICA含量降低,但差異不顯著;IAA -Phe-Me和IAN含量增加,IAN增加顯著;其余7種化合物含量降低且差異顯著。

    2.8氮處理對(duì)花生根瘤數(shù)和根瘤固氮酶活性的影響

    與對(duì)照相比,氮處理?xiàng)l件下花育22號(hào)的根瘤數(shù)量顯著減少(圖7A),根瘤的固氮酶活性也顯著降低(圖7B),表明施氮會(huì)抑制花生結(jié)瘤和固氮

    3討論

    花生能通過根瘤與根瘤菌共生固氮,但施氮量過高時(shí)會(huì)抑制其固氮效應(yīng)。為研究氮素調(diào)控花生結(jié)瘤固氮機(jī)理,本研究對(duì)施氮和不施氮花生根系進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組分析,鑒定出3123個(gè)差異表達(dá)基因,富集在生物過程、細(xì)胞組成和分子功能三大類,其中與氮調(diào)控根瘤固氮有關(guān)的基因13個(gè);經(jīng)液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜法分析,鑒定出酚酸、黃酮、氨基酸等12大類201種差異代謝物,其中黃酮類代謝物占比最高,約占19.9%。通過轉(zhuǎn)錄組學(xué)和代謝組學(xué)的聯(lián)合分析,進(jìn)一步探究了氮素調(diào)控花生結(jié)瘤固氮的主要途徑,具體結(jié)果如下。

    3.1氮素對(duì)生長(zhǎng)素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的調(diào)控

    生長(zhǎng)素在植物整個(gè)生命周期中發(fā)揮重要作用,能通過調(diào)控生長(zhǎng)素響應(yīng)基因的表達(dá)參與根瘤的形成。在生長(zhǎng)素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的早期階段Aux/IAA(auxin/indole-3-aceticacid)家方笑、ARF(auxin re-sponse factor)家族、SAUR(small auxin upregulatedRNA)家族和生長(zhǎng)素響應(yīng)GH3(gretchenhagen 3)家族對(duì)生長(zhǎng)素的刺激有響應(yīng)。本研究中發(fā)現(xiàn),氮處理后編碼生長(zhǎng)素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)(生長(zhǎng)素應(yīng)答蛋白IAA27)的基因表達(dá)量上調(diào)。因此,外源氮會(huì)使花生根中IAA基因表達(dá)量增加,抑制生長(zhǎng)素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo),這一研究結(jié)果與在苜蓿中的研究結(jié)果相反,可能是因?yàn)檐俎Ec花生的根瘤類型不同。另外,外施氮肥后3個(gè)ARF基因表達(dá)下調(diào),而ARF蛋白對(duì)根瘤菌侵染具有直接反應(yīng),因此,ARF基因表達(dá)下調(diào)可能會(huì)影響根瘤菌侵染。綜上所述,外施氮肥會(huì)通過影響生長(zhǎng)素響應(yīng)基因AuxIAA和ARF的表達(dá)來影響生長(zhǎng)素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和根瘤菌侵染,進(jìn)而影響花生結(jié)瘤。

    3.2氮素對(duì)根瘤固氮信號(hào)分子的調(diào)控

    有報(bào)道稱,腐胺、天冬酰胺是調(diào)節(jié)根瘤固氮的信號(hào)分子。鷹嘴豆和黑豆根瘤中腐胺的濃度與固氮能力呈正相關(guān),鳥氨酸脫羧酶(ODC)在植物中催化精氨酸合成腐胺。本研究發(fā)現(xiàn)2個(gè)編碼鳥氨酸脫羧酶的基因在氮處理中表達(dá)量上升。因此,外源氮促進(jìn)花生根瘤中精氨酸向腐胺的轉(zhuǎn)化,降低了花生根瘤中固氮酶活性,這與鷹嘴豆、豌豆和黑豆的研究結(jié)果相反,但與大豆的研究結(jié)果相似,表明腐胺介導(dǎo)的固氮酶活性調(diào)節(jié)可能與作物種類有關(guān)。Bacanamwo和Har-per的研究表明大豆植株的固氮酶活性與天冬酰胺及其代謝物(天冬氨酸和谷氨酸)的含量有關(guān),施用外源氮后,根瘤中谷氨酸和天冬氨酸的含量會(huì)增加。本研究中,外施氮肥后編碼天冬酰胺合成酶(AS)的基因表達(dá)上調(diào),可能會(huì)使天冬酰胺含量增加,而天冬酰胺負(fù)調(diào)控固氮活性。綜上所述,外施氮肥促進(jìn)了根瘤中腐胺和天冬酰胺等信號(hào)分子的合成,這會(huì)在一定程度上抑制根瘤的固氮酶活性。

    3.3氮素對(duì)根瘤固氮能量的調(diào)控

    豆科作物與根瘤菌的交互需要根瘤菌與寄主植物之間的協(xié)調(diào)溝通,這種溝通使根瘤菌能夠被容納在根瘤中,在此處大氣中的N,被還原為氨,為植物提供了一種可以被同化的氮源:反過來,植物也向根瘤菌提供固定碳。在定型根瘤中,大部分固定的NH3通過類菌體和共生體擴(kuò)散到植物細(xì)胞質(zhì)中,通過谷氨酰胺合成酶/谷氨酸合成酶(GS/GOGAT)循環(huán)將其迅速同化為谷氨酰胺(Gln),然后谷氨酰胺被用作氮供體,在定型根瘤中用于嘌呤和脲類的生物合成。本試驗(yàn)中,氮處理后編碼GS和GOGAT的基因表達(dá)下調(diào),這可能會(huì)直接降低根瘤的固氮作用。

    根瘤的碳代謝是根瘤固氮的主要能量來源。蔗糖可通過淀粉合酶轉(zhuǎn)化為淀粉用于貯存,并通過蔗糖合酶催化為葡萄糖和果糖,進(jìn)一步參與糖酵解等代謝途徑。草酰乙酸可以通過蘋果酸脫氫酶轉(zhuǎn)化成蘋果酸,蘋果酸通過轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白進(jìn)入共生體中,從而維持共生體正常的呼吸和共生固氮。Tesfaye等研究表明,苜蓿中蘋果酸脫氫酶過表達(dá)可導(dǎo)致苜蓿根瘤中蘋果酸濃度升高。本研究中,施氮花生根系中編碼蘋果酸脫氫酶和NAD依賴的蘋果酸酶基因表達(dá)量下調(diào),這可能會(huì)使根瘤中蘋果酸濃度降低。因此,外源氮對(duì)花生根瘤固氮的抑制作用可能是由于蘋果酸濃度降低,根瘤菌固氮能量不足所致。

    4結(jié)論

    本研究基于轉(zhuǎn)錄組學(xué)和代謝組學(xué)綜合分析了施氮對(duì)花生結(jié)瘤固氮的調(diào)控,發(fā)現(xiàn)氮素通過調(diào)控生長(zhǎng)素響應(yīng)基因的表達(dá)來影響生長(zhǎng)素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo),進(jìn)而影響花生結(jié)瘤:花生根瘤中腐胺、天冬酰胺等物質(zhì)的合成可能與氮素抑制固氮酶活性有一定的相關(guān)性:而花生根瘤中蘋果酸濃度降低,根瘤固氮能量不足可能是氮素抑制固氮酶活性的另一原因。因此,花生種植過程中要合理施用氮肥,提高花生與根瘤菌的共生固氮效率。

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