花生响应铝毒胁迫的关键代谢通路：根系与叶片中亚油酸代谢的分子机制解析

为解决酸性土壤中铝(Al)毒性抑制花生生长的问题，广东海洋大学团队通过转录组和代谢组联合分析，发现Al胁迫显著影响花生激素水平（IAA-Asp降低23.94%而MeJA激增2642.86%）和营养吸收，并首次揭示"亚油酸代谢"通路（涉及LOX1-5、LOX2S基因和9(S)-HPODE等代谢物）是花生应对Al毒的关键防御机制，为作物抗铝育种提供新靶点。

　　

在酸性土壤日益加剧的生态环境中，铝(Al)毒害已成为限制作物生长的重要障碍。当土壤pH值降低时，活性铝离子大量溶出，不仅会导致植物根系畸形、养分吸收受阻，还会引发叶片光合效率下降等连锁反应。花生作为我国重要的油料作物，其产量和品质深受铝毒胁迫影响，但此前对其分子响应机制的认识仍存在空白。

广东海洋大学的研究团队在《BMC Plant Biology》发表的研究中，首次通过多组学联用技术系统解析了花生应对铝毒胁迫的分子网络。该研究选用"湛油62"花生品种，设置0-10 mM Al³⁺梯度处理，综合运用生理指标检测（包括H₂O₂含量、PAL活性等）、扫描电镜观察、元素含量分析（ICP-MS测定Al/P/B，凯氏定氮法测N）、激素检测（HPLC-MS/MS定量IAA-Asp、MeJA等）以及转录组与代谢组联合分析等技术手段。

研究结果显示，4 mM Al处理20天使花生生物量显著降低（地上部鲜重减少51.72%），根系结构严重受损，扫描电镜显示根尖顶点出现明显损伤。生理层面发现H₂O₂含量在叶片和根系分别增加55.07%和492.36%，而抗氧化系统呈现组织特异性响应——叶片总抗氧化能力(T-AOC)提升211.35%，但根系却下降18.50%。元素分析表明Al在根系积累量达叶片的17倍（增加17477.26%），同时氮(N)和硼(B)吸收显著受阻。

激素网络分析揭示出惊人的组织差异：叶片中生长素结合物IAA-Asp下降23.94%，而防御相关激素MeJA和MeSA分别暴增2642.86%和140.00%；根系则呈现IAA-Asp增加12.91%与IPA减少20.66%的特征模式。通过转录组测序鉴定到叶片5831个差异表达基因(DEGs)和根系6405个DEGs，代谢组检测到210个叶片差异代谢物(DAMs)和240个根系DAMs。

联合分析锁定"亚油酸代谢"为关键通路：脂氧合酶基因LOX1-5在叶片显著上调（6个基因）而根系下调（7个基因），其产物9(S)-HPODE在两类组织均增加。该通路通过产生oxylipids等信号分子，协同调控膜脂过氧化与抗氧化防御。例如，亚油酸氧化衍生物13(S)-HODE在叶片下调，而9,10-12,13-二环氧十八烷酸在根叶均上升，形成复杂的氧化还原调控网络。

这项研究的重要意义在于：首次绘制了花生响应铝毒胁迫的多组学图谱，揭示亚油酸代谢是跨组织的核心防御通路，为理解作物铝毒适应机制提供了新视角。发现的LOX基因家族成员和特定oxylipids分子，可作为遗传改良的分子标记，为培育适应酸性土壤的花生新品种奠定理论基础。该成果不仅对保障我国油料安全具有应用价值，也为其他作物的抗逆研究提供了方法学参考。