部分根区干旱通过促进油脂代谢重编程增强棉籽仁油脂积累的抗旱机制研究

本研究揭示了部分根区干旱(PRD)技术通过调控丙酮酸-丙二酰辅酶A(acetyl-CoA carboxylase, ACCase)通路和GS/GOGAT氮代谢网络，在维持棉花产量的同时显著提升棉籽仁含油量（增加8.5%）和油脂重量（增加10.0%），为干旱条件下经济作物品质改良提供了创新性灌溉策略。

　　

Highlight

部分根区干旱通过提升关键酶活性促进棉籽油脂积累，构建抗旱代谢新范式

Experimental design

本实验在南京农业大学牌楼实验站（东经118°50′，北纬32°02′）的半开放式温室进行。采用黄色棕壤（pH 6.7，最大持水量0.3 g g^-1）设置三种灌溉处理：全灌溉（75/75，根区双侧保持75±5%土壤含水量）、PRD（75/45，单侧75±5%另一侧45±5%）和干旱胁迫（45/45，双侧45±5%）。每个处理设8个重复，种植转基因抗虫棉品种中棉所12号。

Cottonseed kernel yield and its compositional analysis

与全灌溉相比，干旱处理使棉籽仁产量、油脂重量、含油量和蛋白重量分别下降37.4%、42.6%、19.0%和36.2%，但蛋白质含量却逆势上升8.1%。而PRD处理展现出神奇的双重效应：不仅维持了正常产量，还使含油量和油脂重量较全灌溉组显著提升8.5%和10.0%，同时蛋白质含量降低6.2%。这种"保量提质"的特性暗示PRD可能重构了碳源分配机制。

Discussion

在全球气候变化背景下，PRD技术犹如一把代谢调节的"智能钥匙"——通过上调蔗糖合成酶(Sus)、磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPCase)、乙酰辅酶A羧化酶(ACCase)和二酰基甘油酰基转移酶(DGAT)的活性（分别提高28.1%、31.6%、35.2%和42.3%），成功将碳流导向油脂合成通路。与此同时，PRD聪明地限制了α-酮戊二酸(α-KG)的积累，使谷氨酰胺合成酶(GS)和谷氨酸合酶(GOGAT)活性降低18.7%-23.4%，从而温和抑制蛋白质合成。这种精准的代谢重编程既缓解了干旱胁迫，又实现了油脂生产的"弯道超车"。

Conclusion

我们构建的代谢模型揭示：PRD通过"双管齐下"策略——既激活油脂合成酶系（ACCase、PAPase、DGAT），又适度抑制氮代谢关键酶（GS/GOGAT）——成功将碳源优先分配给油脂合成途径。这种创新性灌溉方案不仅对抗旱生产具有实践价值，更为作物品质改良提供了全新思路。