蓝光重塑大豆茎秆碳代谢网络：叶绿体超微结构与细胞壁合成的光质调控机制解析

【编辑推荐】本研究通过多组学联用技术，揭示蓝光相较红光更能抑制遮荫下大豆株高（47.30-51.66%），通过促进叶绿体基粒片层紧密堆叠、下调蔗糖合成酶（SUS）和上调纤维素合酶（CesA），驱动碳源从非结构性碳水化合物（NSC）向纤维素（+12.47%）和半纤维素（+11.86%）的定向分配，为光质调控作物抗倒伏提供新靶点。

　　

Highlight

蓝光通过重构碳代谢网络显著增强大豆茎秆机械强度：在100%遮荫下，相较红光处理，蓝光使两个品种株高降低47.30-51.66%，同时促进叶绿体基粒片层紧密堆叠，淀粉颗粒体积占比下降14.55-29.63%，并将碳流重新定向至纤维素（+3.12-12.47%）和半纤维素（+3.67-11.86%）合成。

Results

• 株高调控：70%遮荫下蓝光使株高降低12.42-18.05%，100%遮荫下抑制效果加倍（图1）

• 叶绿体超微结构：蓝光处理组基粒片层堆叠紧密，嗜锇颗粒增多，淀粉粒体积占比显著下降

• 碳分配转变：蔗糖含量降低12.42-18.05%，淀粉减少14.55-29.63%，同步伴随纤维素合酶（CesA）和尿苷二磷酸葡萄糖（UDP-Glc）上调

• 关键酶网络：蓝光显著上调卡尔文循环关键酶（rbcL、PGK、GAPDH），同时下调纤维素酶和细胞壁松弛相关蛋白

Conclusion

本研究首次系统阐明蓝光通过"结构性碳水化合物优先"策略调控大豆茎秆发育：通过激活纤维素合成通路（CesA、UDP-Glc）、抑制蔗糖合成酶（SUS）和蔗糖磷酸合成酶（SPS），将碳源从储能物质（蔗糖/淀粉）转向细胞壁构建，其中易倒伏品种HN48表现出更强的蓝光响应敏感性。该发现为作物抗逆栽培提供了光质调控的理论框架。