中国农学通报 ›› 2026, Vol. 42 ›› Issue (19): 82-93.doi: 10.11924/j.issn.1000-6850.casb2025-0905
赵刚1(
), 王悦2, 朱海1, 段华平1, 张莉1, 刘萍3, 闻静1(
), 郭连金1(
)
收稿日期:2025-11-05
修回日期:2026-06-16
出版日期:2026-10-15
发布日期:2026-10-15
通讯作者:
作者简介:赵刚,男,1982年出生,黑龙江哈尔滨人,实验师,学士,主要从事药用植物次生代谢工程及生物大数据分析。通信地址:334001 江西省上饶市信州区志敏大道401号,Tel:0793-8153721,E-mail:312154@sru.edu.cn。
基金资助:
ZHAO Gang1(
), WANG Yue2, ZHU Hai1, DUAN Huaping1, ZHANG Li1, LIU Ping3, WEN Jing1(
), GUO Lianjin1(
)
Received:2025-11-05
Revised:2026-06-16
Published:2026-10-15
Online:2026-10-15
摘要:
为深入解析蓝光通过调控内源激素水平及其信号通路,促进三叶青块根膨大发育的机制,通过迈维LC-MS/MS平台,定量检测蓝光处理前后三叶青块根中8类植物激素[生长素(IAA)、细胞分裂素(CK)、脱落酸(ABA)、茉莉酸(JA)、水杨酸(SA)、赤霉素(GA)、乙烯(ETH)、独脚金内酯(SL)]及其相关中间体的含量变化,结合转录组测序技术分析差异表达基因,关联激素水平变化与其关键信号通路基因的差异表达,并通过qPCR技术验证目标基因表达量差异,从转录调控与激素代谢协同作用的角度,揭示蓝光对三叶青块根发育的调控机制。激素代谢组学分析显示,IAA水平无显著变化,但其信号通路相关基因表达水平显著下调,表明蓝光条件下IAA对块根膨大的增益作用不显著;蓝光处理后,玉米素糖苷的显著富集可能通过影响蔗糖代谢及淀粉储存,间接促进块根发育;而赤霉素中GA20含量下降及GID基因稳定表达共同导致其信号通路弱化,可能对块根膨大产生正向调控作用。此外,蓝光显著上调茉莉酸含量,同时抑制其信号转导的负调控ThJAZL2663基因的表达,推测蓝光通过增强JA的生理活性,直接促进块根发育。研究认为,低密度蓝光辐射可提高JA含量并抑制ThJAZL2663基因的表达,从而放大JA生理活性,并直接促进三叶青块根发育;蓝光通过差异调控激素网络协同增效,包括弱化赤霉素(GA20-GID)信号通路、诱导细胞分裂素糖苷化代谢等间接调控机制,共同促进了三叶青块根的膨大。本研究不仅解析了蓝光调控内源激素代谢变化对块根发育的影响,更为三叶青蓝光调控补光栽培技术的优化提供了关键理论支撑。
中图分类号:
赵刚, 王悦, 朱海, 段华平, 张莉, 刘萍, 闻静, 郭连金. 激素代谢组及转录组联合分析蓝光对三叶青块根膨大发育的调控机制[J]. 中国农学通报, 2026, 42(19): 82-93.
ZHAO Gang, WANG Yue, ZHU Hai, DUAN Huaping, ZHANG Li, LIU Ping, WEN Jing, GUO Lianjin. Integrated Analysis of Hormone Metabolome and Transcriptome to Reveal Regulatory Mechanism of Blue Light on Tuberous Root Expansion in Tetrastigma hemsleyanum[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2026, 42(19): 82-93.
| 基因全称 | 相关激素 | 通路类型与基因序列号 | 序列号 | 基因名称 | 上游与下游引物序列(5’-3’) |
|---|---|---|---|---|---|
| gibberellin 2-beta-dioxygenase | GA | 赤霉素2-β-氧化酶/[EC:1.14.11.13] | C_AA119470.1 | ThGA2oX1518F | CTCGGTCATAGTCACGGTCG |
| ThGA2oX1518R | CCTATGTTCCCCACACCACC | ||||
| C_AA119471.1 | ThGA2oX4873F | GGATTTGGAGAGCACACCGA | |||
| ThGA2oX4873R | CAAGGAGTCACCGACGTTGA | ||||
| gibberellin 3-beta-dioxygenase | GA | 赤霉素3-氧化酶/[EC 1.14.11.15] | C_AA119472.1 | ThGA3oX731F | ATGGCCAAGCTCGGATATCG |
| ThGA3oX731R | TGCTAGCATGATCAACCGCA | ||||
| gibberellin-44 dioxygenase | GA | 赤霉素20-氧化酶/[EC1.14.11.12] | C_AA119469.1 | ThGA20X731F | GGGCGATACAAGAGTTGCCT |
| ThGA20X731R | AGGAGTCACCACCTTGTCCT | ||||
| F-box protein GID2 | GA | 赤霉素受体/K14495 | C_AA119473.1 | ThGID511F | TGCTGTACGAGGTGCTCAAG |
| ThGID511R | GCAGCCGATATTAGCCCAGT | ||||
| C_AA119474.1 | ThGID931F | CGTCTCATTCTCCTCGGTCG | |||
| ThGID931R | CCTCGTCTTTTCCCCAACGA | ||||
| auxin-responsive protein (AUX/IAA) | IAA | 生长素(反应)受体/K14484 | C_AA119467.1 | ThAUX/IAA142F | ACAACCATGCTTCCCCTCAG |
| ThAUX/IAA142R | CCCCAAGGAACATCTCCCAC | ||||
| C_AA119468.1 | ThAUX/IAA338F | GAGGAGGAGGGCCAGAGTAA | |||
| ThAUX/IAA338R | CCAGGAAGTCCAAGCCTCAG | ||||
| histidine kinase 2/3/4 | CK | 细胞分裂素受体/[EC:2.7.13.3] | C_AA119465.1 | ThAHK414F | TGTTGGTGGATCCTCGTTGG |
| ThAHK414R | GCAGTCACAAGTTCAGCAGC | ||||
| C_AA119464.1 | ThAHK1093F | ACCCATCTGCCATTGACCAG | |||
| ThAHK1093R | ATCGTCCACCCATGTTGCTT | ||||
| jasmonic acid-amino synThetase | JA | 茉莉酸氨基合酶/[EC:6.3.2.52] | C_AA120328.1 | ThJAR452F | TTCGCTTTTCTCCTCGCCAT |
| ThJAR452R | GAATCCGGCTAAGCGTCTGA | ||||
| jasmonate-zim-domain protein | JA | 茉莉酸ZIM蛋白/K13464 | C_AA120329.1 | ThJAZL2663F | GGATTTTGCAGACTCCGGGA |
| ThJAZL2663R | TTCCTTCAGGACTGCACGTC | ||||
| C_AA120330.1 | ThJAZL3667F | TGGCAAGAATGAGGCTGGAG | |||
| ThJAZL3667R | ATAGGCCGTGTTGTCCCAAG | ||||
| myelocytomatosis | MYC | MYC 类转录因子/K13422 | C_AA119475.1 | ThMYC213F | AGTTTGAAGAGGATGGGGCG |
| ThMYC213R | GAACTTGGGAAGCACCTCCA |
| 基因全称 | 相关激素 | 通路类型与基因序列号 | 序列号 | 基因名称 | 上游与下游引物序列(5’-3’) |
|---|---|---|---|---|---|
| gibberellin 2-beta-dioxygenase | GA | 赤霉素2-β-氧化酶/[EC:1.14.11.13] | C_AA119470.1 | ThGA2oX1518F | CTCGGTCATAGTCACGGTCG |
| ThGA2oX1518R | CCTATGTTCCCCACACCACC | ||||
| C_AA119471.1 | ThGA2oX4873F | GGATTTGGAGAGCACACCGA | |||
| ThGA2oX4873R | CAAGGAGTCACCGACGTTGA | ||||
| gibberellin 3-beta-dioxygenase | GA | 赤霉素3-氧化酶/[EC 1.14.11.15] | C_AA119472.1 | ThGA3oX731F | ATGGCCAAGCTCGGATATCG |
| ThGA3oX731R | TGCTAGCATGATCAACCGCA | ||||
| gibberellin-44 dioxygenase | GA | 赤霉素20-氧化酶/[EC1.14.11.12] | C_AA119469.1 | ThGA20X731F | GGGCGATACAAGAGTTGCCT |
| ThGA20X731R | AGGAGTCACCACCTTGTCCT | ||||
| F-box protein GID2 | GA | 赤霉素受体/K14495 | C_AA119473.1 | ThGID511F | TGCTGTACGAGGTGCTCAAG |
| ThGID511R | GCAGCCGATATTAGCCCAGT | ||||
| C_AA119474.1 | ThGID931F | CGTCTCATTCTCCTCGGTCG | |||
| ThGID931R | CCTCGTCTTTTCCCCAACGA | ||||
| auxin-responsive protein (AUX/IAA) | IAA | 生长素(反应)受体/K14484 | C_AA119467.1 | ThAUX/IAA142F | ACAACCATGCTTCCCCTCAG |
| ThAUX/IAA142R | CCCCAAGGAACATCTCCCAC | ||||
| C_AA119468.1 | ThAUX/IAA338F | GAGGAGGAGGGCCAGAGTAA | |||
| ThAUX/IAA338R | CCAGGAAGTCCAAGCCTCAG | ||||
| histidine kinase 2/3/4 | CK | 细胞分裂素受体/[EC:2.7.13.3] | C_AA119465.1 | ThAHK414F | TGTTGGTGGATCCTCGTTGG |
| ThAHK414R | GCAGTCACAAGTTCAGCAGC | ||||
| C_AA119464.1 | ThAHK1093F | ACCCATCTGCCATTGACCAG | |||
| ThAHK1093R | ATCGTCCACCCATGTTGCTT | ||||
| jasmonic acid-amino synThetase | JA | 茉莉酸氨基合酶/[EC:6.3.2.52] | C_AA120328.1 | ThJAR452F | TTCGCTTTTCTCCTCGCCAT |
| ThJAR452R | GAATCCGGCTAAGCGTCTGA | ||||
| jasmonate-zim-domain protein | JA | 茉莉酸ZIM蛋白/K13464 | C_AA120329.1 | ThJAZL2663F | GGATTTTGCAGACTCCGGGA |
| ThJAZL2663R | TTCCTTCAGGACTGCACGTC | ||||
| C_AA120330.1 | ThJAZL3667F | TGGCAAGAATGAGGCTGGAG | |||
| ThJAZL3667R | ATAGGCCGTGTTGTCCCAAG | ||||
| myelocytomatosis | MYC | MYC 类转录因子/K13422 | C_AA119475.1 | ThMYC213F | AGTTTGAAGAGGATGGGGCG |
| ThMYC213R | GAACTTGGGAAGCACCTCCA |
| 名称缩写 | 代谢物英文名称 | 代谢物中文名称 | 物质类别 | 差异倍数 | 积累趋势 |
|---|---|---|---|---|---|
| 2MeSiP | 2-meThylthio-N6-isopentenyladenine | 2-甲硫基异戊烯基腺嘌呤 | CK | 0 | down |
| cZ9G | cis-zeatin-9-glucoside | 顺式-玉米素-9-葡糖苷 | CK | 5.9 | up |
| mTR | meta-topolin riboside | N-(3-羟基苄基)腺苷 | CK | Inf | up |
| GA20 | gibberellin A20 | 赤霉素20 | GA | 0.40 | down |
| IIAA-Glu | indole-3-acetyl glutamic acid | 吲哚乙酸-谷氨酸 | IAA | 0 | down |
| AA-Gly | indole-3-acetyl glycine | 吲哚乙酸-甘氨酸 | IAA | 2.0 | up |
| H2JA | dihydrojasmonic acid | 二氢茉莉酸 | JA | Inf | up |
| JA-ILE | jasmonoyl-L-isoleucine | 茉莉酸-异亮氨酸 | JA | 0.5 | down |
| JA-Phe | N-[(-)-Jasmonoyl]-(l)-phenalanine | 茉莉酸-苯丙氨酸 | JA | 0.38 | down |
| 名称缩写 | 代谢物英文名称 | 代谢物中文名称 | 物质类别 | 差异倍数 | 积累趋势 |
|---|---|---|---|---|---|
| 2MeSiP | 2-meThylthio-N6-isopentenyladenine | 2-甲硫基异戊烯基腺嘌呤 | CK | 0 | down |
| cZ9G | cis-zeatin-9-glucoside | 顺式-玉米素-9-葡糖苷 | CK | 5.9 | up |
| mTR | meta-topolin riboside | N-(3-羟基苄基)腺苷 | CK | Inf | up |
| GA20 | gibberellin A20 | 赤霉素20 | GA | 0.40 | down |
| IIAA-Glu | indole-3-acetyl glutamic acid | 吲哚乙酸-谷氨酸 | IAA | 0 | down |
| AA-Gly | indole-3-acetyl glycine | 吲哚乙酸-甘氨酸 | IAA | 2.0 | up |
| H2JA | dihydrojasmonic acid | 二氢茉莉酸 | JA | Inf | up |
| JA-ILE | jasmonoyl-L-isoleucine | 茉莉酸-异亮氨酸 | JA | 0.5 | down |
| JA-Phe | N-[(-)-Jasmonoyl]-(l)-phenalanine | 茉莉酸-苯丙氨酸 | JA | 0.38 | down |
| 基因名称 | 处理组 | 表达量 | 基因名称 | 处理组 | 表达量 |
|---|---|---|---|---|---|
| GA2oX4831 | CG | 0.99±0.13 | AUX142 | CG | 0.10±0.14 |
| SBL | 0.22±0.02** | SBL | 2.23±0.33** | ||
| ThGA2oX1518 | CG | 1.07±0.20 | AUX338 | CG | 1.13±0.16 |
| SBL | 2.30±0.50** | SBL | 1.05±0.25 | ||
| ThGA3oX731 | CG | 0.94±0.14 | ThAHK414 | CG | 1.05±0.22 |
| SBL | 0.18±0.03** | SBL | 0.05±0.03** | ||
| ThGA20oX731 | CG | 0.99±0.21 | ThAHK1093 | CG | 1.09±0.18 |
| SBL | 0.32±0.08** | SBL | 0.41±0.20** | ||
| ThGID511 | CG | 0.94±0.18 | ThJAR452 | CG | 0.96±0.23 |
| SBL | 1.53±0.06** | SBL | 0.25±0.04** | ||
| ThGID931 | CG | 1.13±0.09 | ThJAZL3667 | CG | 0.10±0.17 |
| SBL | 1.17±0.14 | SBL | 0.97±0.32 | ||
| ThJAZL2663 | CG | 0.99±0.18 | ThMYC213 | CG | 0.96±0.08 |
| SBL | 0.50±0.13** | SBL | 0.30±0.11** |
| 基因名称 | 处理组 | 表达量 | 基因名称 | 处理组 | 表达量 |
|---|---|---|---|---|---|
| GA2oX4831 | CG | 0.99±0.13 | AUX142 | CG | 0.10±0.14 |
| SBL | 0.22±0.02** | SBL | 2.23±0.33** | ||
| ThGA2oX1518 | CG | 1.07±0.20 | AUX338 | CG | 1.13±0.16 |
| SBL | 2.30±0.50** | SBL | 1.05±0.25 | ||
| ThGA3oX731 | CG | 0.94±0.14 | ThAHK414 | CG | 1.05±0.22 |
| SBL | 0.18±0.03** | SBL | 0.05±0.03** | ||
| ThGA20oX731 | CG | 0.99±0.21 | ThAHK1093 | CG | 1.09±0.18 |
| SBL | 0.32±0.08** | SBL | 0.41±0.20** | ||
| ThGID511 | CG | 0.94±0.18 | ThJAR452 | CG | 0.96±0.23 |
| SBL | 1.53±0.06** | SBL | 0.25±0.04** | ||
| ThGID931 | CG | 1.13±0.09 | ThJAZL3667 | CG | 0.10±0.17 |
| SBL | 1.17±0.14 | SBL | 0.97±0.32 | ||
| ThJAZL2663 | CG | 0.99±0.18 | ThMYC213 | CG | 0.96±0.08 |
| SBL | 0.50±0.13** | SBL | 0.30±0.11** |
| [1] |
李朝銮. 中国植物志[M]. 北京: 科学出版社,1998:122.
|
| [2] |
doi: 10.3389/fphar.2020.550497 URL |
| [3] |
胡竹元, 余志怡, 徐斌. 三叶青总黄酮增强三阴性乳腺癌细胞对EGFR-TKI敏感性的机制研究[J]. 中国临床药理学杂志, 2022, 38(8):772-776.
|
| [4] |
赵刚, 武思梦, 张悦, 等. 三叶青早期结瘤类基因ThENODL1及ThENODL2的克隆及表达分析[J]. 生命科学研究, 2023, 27(1):23-30.
|
| [5] |
张海燕, 段文学, 解备涛, 等. 不同时期干旱胁迫对甘薯块根产量形成及内源激素的影响[A]. //见:山东作物学会2018年学术年会论文集[C]. 济南: 山东省农业科学院,2018:18.
|
| [6] |
doi: 10.2174/0113892029251472230921053135 URL |
| [7] |
孙鹏. 植物激素对甜菜块根增长和糖分积累的调控作用[D]. 呼和浩特: 内蒙古农业大学, 2014.
|
| [8] |
杨鑫, 罗兴录, 覃宏宇, 等. 木薯内源激素含量与块根淀粉积累关系研究[J]. 中国农学通报, 2013, 29(33):158-164.
|
| [9] |
闻静, 赵刚, 杨玉琪, 等. 三叶青块根发育比较转录组分析[J]. 分子植物育种, 2019, 17(17):5660-5667.
|
| [10] |
doi: 10.1111/tpj.16169 pmid: 36864731 |
| [11] |
doi: 10.1016/j.plaphy.2024.108824 URL |
| [12] |
|
| [13] |
doi: 10.1186/s13059-016-0881-8 pmid: 26813401 |
| [14] |
闻静, 林国卫, 刘洁, 等. 三叶青早花基因的克隆及其对光质与光周期信号的响应[J]. 分子植物育种, 2023, 21(7):2245-2252.
|
| [15] |
doi: 10.1006/meth.2001.1262 URL |
| [16] |
杨颜萌, 张家兴, 李亚茹, 等. 光质对黄芩生长与生理生化特征的影响[J]. 应用生态学报, 2024, 35(2):424-430.
doi: 10.13287/j.1001-9332.202402.004 |
| [17] |
吴思昊. 三叶青块根的发育与成分积累的调控机制研究[D]. 杭州: 浙江农林大学, 2024.
|
| [18] |
doi: 10.1111/jipb.v57.9 URL |
| [19] |
doi: 10.1242/dev.131870 pmid: 27624827 |
| [20] |
doi: 10.1105/tpc.105.039172 URL |
| [21] |
doi: 10.1038/sj.emboj.7600659 URL |
| [22] |
doi: 10.1038/s41598-024-84763-9 |
| [23] |
doi: 10.1186/s12870-023-04598-w pmid: 38057702 |
| [24] |
doi: S1674-2052(17)30373-8 pmid: 29269022 |
| [25] |
pmid: 16669769 |
| [26] |
CIOĆM, DZIURKA M, PAWŁOWSKA B. Changes in endogenous phytohormones of Gerbera jamesonii axillary shoots multiplied under different light emitting diodes light quality[J]. Molecules, 2022, 27(6):1804.
doi: 10.3390/molecules27061804 URL |
| [27] |
doi: 10.1093/jxb/erz297 pmid: 31232453 |
| [28] |
doi: 10.1007/978-1-4939-9884-5_11 pmid: 31707658 |
| [29] |
陈笛, 郭永春, 陈雪津, 等. 红蓝光调控茉莉开花的转录组分析[J]. 生物工程学报, 2020, 36(9):1869-1886.
|
| [30] |
doi: 10.1146/arplant.2021.72.issue-1 URL |
| [31] |
doi: 10.1242/dev.030049 URL |
| [32] |
doi: 10.1016/j.jplph.2022.153904 URL |
| [33] |
|
| [34] |
doi: 10.1016/j.xplc.2021.100245 URL |
| [35] |
doi: 10.3389/fpls.2022.943662 URL |
| [36] |
doi: 10.1007/s00425-023-04217-w pmid: 37543957 |
| [37] |
doi: 10.1016/j.pbi.2022.102194 URL |
| [38] |
doi: 10.1038/nature05960 |
| [39] |
doi: 10.3390/ijms22189768 URL |
| [40] |
doi: 10.3390/ijms24043511 URL |
| [41] |
doi: 10.1073/pnas.1912199117 URL |
| [1] | 罗燕羽, 魏利国, 刘伟光, 杨志建, 张进忠, 陈继玮, 黄绍力. 蔗糖诱导槟榔香芋试管芋形成的转录组分析及关键基因的筛选[J]. 中国农学通报, 2026, 42(6): 54-63. |
| [2] | 金真毅, 任龙, 杨丽, 王忠华, 王强. 4,8-DHT对杂草的抑制作用和生理生化指标的影响[J]. 中国农学通报, 2026, 42(19): 137-146. |
| [3] | 戚明蔚, 秦艺珊, 夭莹云, 赖紫欣, 骆善伟, 周利斌, 罗文龙. 碳离子束辐射菜心种子的生物学效应及转录组分析[J]. 中国农学通报, 2026, 42(15): 54-64. |
| [4] | 刘嘉雯, 顾沛雯, 张亮, 赵智鹏, 曹凌霄, 杨琼. 根际促生菌筛选及促生机制研究进展[J]. 中国农学通报, 2026, 42(12): 48-59. |
| [5] | 夏佳淼, 邓晓霞, 林芮竹, 杜亚彤, 王竞红, 蔺吉祥. 种子休眠与解除休眠的组学技术研究进展[J]. 中国农学通报, 2026, 42(1): 43-59. |
| [6] | 汪宝卿, 解备涛, 张立明. 不同耐旱性甘薯根系的转录组分析[J]. 中国农学通报, 2025, 41(9): 47-55. |
| [7] | 岳开心, 王佳琦, 刘乃新. 干旱胁迫下甜菜种子萌发响应转录组分析[J]. 中国农学通报, 2025, 41(3): 114-122. |
| [8] | 刘宇, 李新新, 潘兴亮, 王重庆, 张闻, 梁静泊, 李复煌, 刘钧. 基于转录组技术揭示酵母菌提高蛋鸡生产性能的潜在机制[J]. 中国农学通报, 2025, 41(24): 104-110. |
| [9] | 刘建新, 郑文新, 吕雪峰, 邢巍婷, 全凯丽. 德新肉用细毛羊肌肉生长相关基因挖掘[J]. 中国农学通报, 2025, 41(21): 76-84. |
| [10] | 全凯丽, 郑文新, 吕雪峰, 邢巍婷, 刘建新. 不同繁殖力新疆山羊发情周期下丘脑差异表达分析[J]. 中国农学通报, 2025, 41(21): 64-75. |
| [11] | 刘佳, 黄大荣, 尧美英, 刘硕, 张玉萍, 张国薇. 2个杏栽培品种需冷量差异的分子机制探索[J]. 中国农学通报, 2025, 41(1): 33-41. |
| [12] | 杨敏, 周陈平, 李庆萌, 邝瑞彬, 吴夏明, 魏岳荣. ‘黄花佑’和‘金锤’番木瓜贮藏期品质、贮藏特性及转录组分析[J]. 中国农学通报, 2024, 40(6): 57-66. |
| [13] | 张晶晶, 陈斌, 卓玉琛, 翁可佳, 林而舒, 陈宇舒, 樊海平. 大口黑鲈头肾抗大口黑鲈虹彩病毒(LMBV)应答的转录组学分析[J]. 中国农学通报, 2024, 40(35): 148-155. |
| [14] | 郎涛, 杨飞洋, 蒲志刚, 张聪, 李明, 余马, 屈会娟, 伍竞宇, 张璐, 刁杜, 冯俊彦. 转录组测序技术在甘薯研究中的应用[J]. 中国农学通报, 2024, 40(30): 94-102. |
| [15] | 张曼, 黎健龙, 周波, 陈义勇, 农红秋, 崔莹莹, 刘嘉裕, 唐劲驰. 松针提取液对茶树生长和虫害防治的影响机制[J]. 中国农学通报, 2024, 40(25): 103-112. |
| 阅读次数 | ||||||
|
全文 |
|
|||||
|
摘要 |
|
|||||