利用代谢组学方法研究不同生态型刺铁木（Sideroxylon spinosum L.）的耐旱性潜在代谢物生物标志物

《Journal of the Science of Food and Agriculture》：Potential metabolite biomarkers of drought tolerance in contrasting Sideroxylon spinosum L. ecotypes using a metabolomic approach

本研究通过代谢组学分析对比了两种摩洛哥紫荆生态型（Aoulouz和Lakhssas）在干旱胁迫下的代谢差异，发现Alz生态型通过增强角质层结构和抗氧化机制提升耐旱性，而Lkhssas生态型依赖脂类代谢和能量重新分配适应短期干旱，但长期耐旱能力较弱。

　　

摘要

背景

Sideroxylon spinosum L. 是一种摩洛哥特有的物种，在生态和社会经济方面具有重要意义。干旱胁迫会通过干扰植物的代谢和生理过程严重影响其生存。本研究旨在利用代谢组学分析，探究两种具有不同气候起源的 S. spinosum L. 生态型（Aoulouz（内陆地区）和 Lakhssas（沿海地区）在干旱条件下的代谢变化，并识别潜在的生物标志物。

结果

气相色谱-质谱分析在 Lks 和 Alz 的叶片中分别检测到 700 个和 600 个峰，其中 120 个和 100 个为已知代谢物。在干旱胁迫条件下，统计分析（t 检验，P < 0.05）确定 Lks 中有 44 个代谢物发生显著变化，Alz 中有 56 个代谢物发生显著变化。根据火山图（log??(P) 与 log? 倍数变化的关系），Lks 中有 34 个代谢物上调，10 个代谢物下调；而 Alz 中有 25 个代谢物上调，31 个代谢物下调。显著性标准包括倍数变化 ≥ 2.0 且假发现率 < 0.05。多变量分析显示对照组和干旱胁迫组样本之间存在明显差异。基于变量在投影得分中的重要性和接收者操作特征曲线分析，共鉴定出 10 个潜在的耐旱生物标志物。在 Alz 生态型中，两个上调的代谢物（M65（木香酚）和 M102（十八烷）以及三个下调的代谢物（M108（十八烷）、M123（5-十八烯，E 型）和 M200（4-硝基苯亚甲基内马尔酸二乙酯）具有关键作用。相比之下，Lks 生态型有五个上调的生物标志物：M6（十六酸甲酯）、M54（1,3,6,10-环十四四烯，3,7,11-三甲基-14-(1-甲基乙基)）、M88、M91 和 M142。Alz 中的 M65 和 M102 可能有助于增强角质层的完整性和清除活性氧；而 Lks 中的 M6 和 M54 则表明该生态型在短暂干旱适应过程中依赖于脂质信号传导和能量代谢。然而，由于 Lks 生态型具有更强的代谢重新分配能力，可能在长期干旱条件下适应性较差。这些生物标志物为育种或生物技术干预提供了有价值的目标。

结论

本研究揭示了 S. spinosum L. 在干旱防御中的代谢机制，并确定了与耐旱性相关的特定生物标志物。Alz 生态型通过增强角质层结构和减轻氧化应激表现出更强的适应性，而 Lks 生态型则依赖短暂的代谢调整。这些发现为未来提高植物耐旱性提供了有价值的见解和潜在目标。? 2025 化学工业协会。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。

数据可用性声明

支持本研究结果的数据可在本文的补充材料中找到。