皂荚幼苗黄酮生物合成介导低氮适应的分子机制：多组学整合分析揭示关键调控网络

本研究通过整合生理学、转录组学和代谢组学方法，系统解析了皂荚(Gleditsia sinensis)耐低氮(R型)与敏感型(S型)幼苗的适应机制。研究发现低氮胁迫特异性激活苯丙烷代谢和黄酮/黄酮醇合成通路(PAL17.1、CYP73A等基因上调)，促进柚皮素、木犀草素等代谢物积累，该过程可能受MYB/WRKY转录因子调控。研究为木本植物氮高效利用(NUE)育种提供了新靶点，对喀斯特地区生态修复具有重要指导意义。

　　

Highlight

低氮胁迫显著抑制皂荚幼苗生长，但耐低氮型(R)较敏感型(S)表现出更高的氮利用效率(NUE)。多组学分析揭示，低氮特异性激活苯丙烷代谢和黄酮/黄酮醇生物合成通路，关键基因(PAL17.1、PAL2、CYP73A、CHS和FLS等)上调导致柚皮素(naringenin)、木犀草素(luteolin)、山奈酚(kaempferol)和槲皮素(quercetin)积累。这些代谢变化可能受MYB和WRKY转录因子(TFs)调控，形成协同应对氮限制的分子网络。

Discussion

低氮胁迫(LN stress)是制约林木生长的普遍环境因素。本研究对比分析显示，R型皂荚通过维持根系生长、提高氮再分配效率等策略增强适应性。黄酮类物质积累通过三重机制发挥作用：(1)清除活性氧(ROS)缓解氧化压力；(2)促进衰老组织向新生组织的氮再分配；(3)通过苯丙氨酸解氨酶(PAL)催化释放可循环氮。不同于干旱等急性胁迫，低氮诱导的系统性适应涉及多阶段调控，需通过转录组-代谢组-表型组多组学整合解析。

Conclusion

通过整合组学分析构建了皂荚幼苗低氮适应的分子调控网络(图10)。低氮胁迫下，黄酮生物合成相关差异基因(DEGs)与差异代谢物(DEMs)呈显著正相关(r=0.675)，DEMs与黄酮含量(r=0.967)及幼苗生物量(r=0.610)均正相关，表明黄酮积累是皂荚低氮适应的关键代谢策略。该发现为培育氮高效林木品种提供了分子标记和理论依据。