JIA优先在线 | 山东农业大学张大健教授团队揭示亚精胺通过调控抗氧化及苯丙烷、类黄酮生物合成途径提升大豆萌发期耐碱性
- 2026-06-07 01:18:02
大豆（Glycine max (L). Merr.）作为全球重要的粮油饲兼用作物，为人类提供了优质的蛋白质与油脂。当前，大豆不仅是我国主要农作物之一，更是我国进口量最大的农产品，已成为我国作物生产中突出的“卡脖子”问题。盐碱地是拓展大豆种植面积、提升其产量的重要土地资源，但盐碱环境会严重抑制大豆的萌发与生长，制约了盐碱地大豆的种植。碳酸氢盐作为盐碱地中主要的可溶性盐离子，严重阻碍植物对养分和水分的吸收，抑制作物的萌发进程与生长发育。已有研究表明，亚精胺（Spd）能够增强植物对非生物胁迫的耐受性，但关于其是否能缓解大豆萌发期的碳酸氢盐胁迫以及具体的调控机制，目前仍不明确。
针对这一科学问题，山东农业大学张大健教授团队聚焦“亚精胺调控大豆萌发期耐碱机制”，结合转录组分析，系统解析了外源亚精胺协同激活苯丙烷与黄酮生物合成途径，调控抗氧化与次生代谢提升植株对碱胁迫的耐受性的分子机制。并进一步证明GmPAL1.1与GmCCR1在调控碱胁迫过程中起到关键作用，为培育耐碱大豆新品种提供重要的基因资源。
近期，该团队完成的题为“Spermidine treatment promotes soybean germination under bicarbonate stress”的研究在Journal of Integrative Agriculture（《农业科学学报（英文）》，JIA）优先在线发表。
该研究以大豆品种 Williams 82为材料，首先比较不同外源物质在碳酸氢盐胁迫条件下对种子萌发的影响，发现Spd缓解碳酸氢盐胁迫的效果最好。在此基础上，设置正常对照、NaHCO3（50 mM）碱胁迫以及NaHCO3+外源Spd（250 μM）处理，通过测定种子萌发相关生理指标，并结合转录组、WGCNA与单倍型分析，系统解析亚精胺调控大豆萌发期耐碱性的分子机制。
01
Spd缓解碳酸氢盐胁迫，
促进大豆种子萌发
对先前已被报道可以缓解植物非生物胁迫的外源物质，包括Spd、 水杨酸（SA）、赤霉素A3（GA3）、脱落酸（ABA）、脯氨酸（Pro）和D-(+)-海藻糖二水合物（Tre），进行大豆萌发期碳酸氢盐胁迫实验。发现50 mM NaHCO3显著抑制大豆种子萌发，而250 μM Spd缓解大豆种子萌发期间碳酸氢盐胁迫效果最为显著。250 μMSpd处理显著提高碳酸氢盐胁迫下的萌发率，并促进根系鲜重与干重积累。进一步分析发现，Spd显著降低超氧阴离子（O2·−）、过氧化氢（H2O2）及丙二醛（MDA）含量，同时促进脯氨酸积累。结果表明，外源Spd缓解碱胁迫并促进大豆种子的萌发。
02
苯丙烷和类黄酮生物合成途径参与
亚精胺介导的抗氧化防御与保护过程
通过转录组测序并结合WGCNA分析与萌发率高度相关的核心模块，证明Spd在萌发的48和72 h持续激活苯丙烷与类黄酮生物合成途径，显著上调通路中11个关键基因表达，明确次生代谢合成基因在外施Spd缓解碱胁迫下大豆种子萌发过程中起到重要的作用。
03
关键耐碱基因GmPAL1.1与
GmCCR1及其优异单倍型的鉴定
分析gmpal1.1和gmccr1突变体碱胁迫表型发现，GmPAL1.1与GmCCR1是影响碱胁迫萌发率的重要调控基因。对GmPAL1.1与GmCCR1基因单倍型分析发现，GmPAL1.1‑Hap1和GmCCR1-Hap3具有更高表达水平，且是大豆适应碱性环境的优异单倍型。
亚精胺处理对大豆种子萌发的影响
亚精胺缓解大豆碳酸氢盐胁迫关键模块和基因的鉴定
类黄酮和苯丙烷生物合成途径中差异上调基因的表达模式
本文章由山东农业大学大豆功能基因组学与遗传改良实验室完成。陈宝印副教授与张大健教授为共同通讯作者，在站博士后王停停和研究生宋海阔为共同第一作者；庄永斌副教授、李晓明副教授、张金飞副教授共同参与了课题指导和文章撰写。
本研究得到了山东省重点研发计划（2024LZGC030和2023LZGC006）、国家自然科学基金（32572365、32322062和32441057）、国家重点研发计划（2024YFF1000502）、高校青年教师科研创新能力支持项目（U40项目）（SRICSPYF-BS2025109）、山东省自然科学基（ZR2023JQ009）及山东大豆产业技术体系（SDARS-28-01 和 SDARS-28-06）的资助。
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Cite the article:
Tingting Wang, Haikuo Song, Kexin Zhang, Yongjing Sun, Yongbin Zhuang, Xiaoming Li, Jinfei Zhang, Yiran Meng, Chenfei Shan, Yue Xin, Baoyin Chen, Dajian Zhang. 2026. Spermidine treatment promotes soybean germination under bicarbonate stress. Journal of Integrative Agriculture, Doi:10.1016/j.jia.2026.05.008
山东农业大学大豆功能基因组学与遗传改良团队由张大健教授领衔，长期围绕大豆产量、品质相关农艺性状的驯化规律与分子机制开展系统深入的研究。通过挖掘大豆优异基因资源，阐明优异基因调控产量与品质性状形成的作用机制，构建产量及品质性状调控网络；开发了高产与品质优异基因的功能标记，并应用于分子标记辅助育种，建立高产株型育种与优质高产育种技术体系。目前团队承担高校青年教师科研创新能力支持项目（U40项目）、国家自然科学基金青年基金B类、国家重点研发计划课题、国家生物育种专项课题等国家级课题10项，山东省杰出青年科学基金、山东省农业良种工程等省部级课题13项。在Nature Plants、Nature Communications、Molecular Plant、New Phytologist等国际期刊上发表论文20余篇。申请和授权发明专利9项，制定山东省地方标准1项，团体标准3项，选育了大豆新品种1个、新品系5个。
| 图文由作者团队提供
Journal of Integrative Agriculture（《农业科学学报（英文）》, JIA）由中华人民共和国农业农村部主管，中国农业科学院与中国农学会主办，中国农业科学院农业信息研究所承办。综合性英文学术期刊，月刊。创刊于2002年，现任主编为中国科学院院士陈化兰。JIA主要栏目有作物科学、园艺、植物保护、动物科学、动物医学、农业生态环境、食品科学、农业经济与管理等。刊稿类型有综述、研究论文、简报以及评述等。全部论文在Elsevier-ScienceDirect (SD) 平台OA出版。最新SCI影响因子4.4，位于SCI-JCR农业综合学科Q1区。中科院分区农林科学1区。2016年以来先后获得中国科协等部委 “提升计划”“登峰计划”“卓越计划”项目支持。
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