近日，中國農業(yè)科學院都市農業(yè)研究所植物光生物學團隊與四川大學合作，系統(tǒng)闡述了復雜環(huán)境因子對植物重要次級代謝產物合成與調控機制，并提出了一種基于多組學、田間試驗以及植物工廠技術的植物代謝調控網絡新模型，為作物育種與環(huán)境適宜性評價提供了新思路。相關研究成果發(fā)表在《分子植物》（Molecular Plant）上。
據楊曉博士介紹，次級代謝產物合成與分解是植物適應環(huán)境變化最重要的機制之一，也是植物可食部分色澤、風味和營養(yǎng)的重要體現(xiàn)，可利用環(huán)境因子靶向調控代謝流定向提升作物品質。已有研究表明，植物外界環(huán)境因子（光、溫、水、氣、肥等）的變化會引起一系列的信號級聯(lián)反應，激活或抑制下游基因的表達，從而調控代謝物的改變。但與形態(tài)建成相比，環(huán)境因子對植物代謝變化的影響及其耦合機制尚不清晰，亟待構建新的代謝調控網絡模型與評價方法。
該研究采用多組學技術、田間實驗和環(huán)境模擬發(fā)生器等綜合手段，構建了“環(huán)境因子—信號途徑—代謝物”的全局調控網絡模型，模擬并解析環(huán)境要素對基因表達、蛋白質水平和代謝物含量的影響機制。通過田間試驗獲取作物的綜合環(huán)境數(shù)據和多組學數(shù)據，并在植物工廠環(huán)境下進行轉錄組學、蛋白質組學和代謝組學的響應分析，進而剖析環(huán)境因素與代謝動力學之間的調控機制，為培育高產高營養(yǎng)作物提供理論參考。
該模型的構建為研究環(huán)境變化與代謝動力學之間的內在關系提供了有效手段，為有效預測未來氣候變化、短期極端天氣條件和稀有地點（太空農業(yè)等）的氣候動態(tài)對植物生長發(fā)育和代謝調控的影響、助力作物高效育種提供了有力支撐。
該研究得到中國農科院科技創(chuàng)新工程等項目資助。
相關論文信息：https://doi.org/10.1016/j.molp.2021.12.017
