基于转录组-代谢组联合解析氰胺选择性抑制反枝苋的分子机制及其在苜蓿清洁生产中的应用

为解决传统除草剂对苜蓿（Medicago sativa L.）的植物毒性及土壤残留问题，中国农业科学院研究人员通过整合转录组学和代谢组学技术，揭示了植物源除草剂氰胺（CA）通过上调苜蓿IAA（吲哚-3-乙酸）合成通路基因（MPK9、WRKY33等）增强抗逆性，同时下调反枝苋（Amaranthus retroflexus L.）支链氨基酸合成关键酶（ALS、BCAT等）导致叶片萎蔫的双重作用机制，为开发绿色生物除草剂提供了理论依据。

　　

在苜蓿种植领域，杂草反枝苋的侵袭导致产量损失高达20%，而传统化学除草剂如2,4-DB不仅造成苜蓿15%以上的药害，其降解产物AMPA（氨甲基膦酸）在土壤中的残留期长达151天，更会诱发杂草抗药性。面对这一双重困境，中国农业科学院的研究团队将目光投向了一种天然存在于豆科植物的低毒化合物——氰胺（CA）。前期研究发现，CA能选择性抑制反枝苋而不损伤苜蓿，但其分子机制如同蒙着面纱的谜题。这项发表在《Plant Physiology and Biochemistry》的研究，通过多组学联用技术首次揭开了CA"精准除草"的分子密码。

研究团队采用Illumina高通量测序和LC-MS代谢组学技术，对比分析了CA处理8小时和16小时后苜蓿与反枝苋的叶片样本。通过KEGG通路富集分析和qRT-PCR验证，构建了从基因到代谢物的完整调控网络。

Phytohormonal regulation in herbicide stress defense
研究发现CA在苜蓿中激活了MAPK级联反应，显著上调MPK3/6/9和WRKY33等基因表达，促进IAA合成关键酶（色氨酸氨基转移酶、吲哚乙酸脱氢酶）活性，使IAA含量提升2.1倍。这种激素调控增强了苜蓿的应激保护机制，如同为植物穿上"防弹衣"。

Analysis of DEGs
在反枝苋中，CA则表现出"精准打击"特性：下调Cluster-14830.0等基因表达，抑制支链氨基酸合成途径的ALS（乙酰乳酸合成酶）和BCAT（支链氨基酸转氨酶）活性，导致缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸含量下降38%-45%，最终引发叶片萎蔫的"饥饿效应"。

这项研究创新性地揭示了CA"保苜蓿、杀杂草"的双路径机制：一方面通过MAPK-IAA通路增强苜蓿抗性，另一方面破坏杂草必需氨基酸合成。这种"一箭双雕"的作用模式，为开发新一代靶向生物除草剂提供了分子模板。研究团队特别指出，CA在土壤中易降解的特性，使其有望替代存在残留风险的草甘膦，推动苜蓿种植向绿色可持续方向转型。该成果不仅为杂草防控提供了新思路，其建立的多组学分析体系也为其他作物保护研究提供了方法学参考。