青稞生产占西藏粮食总产的80%以上，对保障西藏粮食安全、促进畜牧业发展具有重要意义。长期干旱等恶劣环境使青稞成为研究作物非生物胁迫的重要资源。2022年12月，bob体育综合平台中国 农业研究所青稞育种创新团队历时四年多研究，青稞抗旱分子机制研究取得原创成果，在《Frontiers in Plant Science》（《植物科学前沿》，IF=6.627，JCR1区)发表了题为“Genetic architecture of inducible and constitutive metabolic profile related to drought resistance in Qingke (Tibetan hulless barley)”（“青稞干旱胁迫的诱导型和组成型代谢物及其遗传研究”）的研究论文。

通过干旱处理后，研究青稞萎蔫表型，鉴定了246个青稞品种的干旱敏感型，全基因组关联分析发现根特异表达的基因CYP84基因参与了青稞抗旱性的调控。基于广泛靶向的代谢组检测，从青稞叶片中检测出2769种代谢物，其中302种在干旱胁迫下发生了显著的变化，包括4-氨基丁酸（GABA）、脯氨酸、蔗糖和棉子糖，这些在干旱敏感的青稞中受干旱胁迫诱导的代谢产物变化更剧烈；而对干旱响应不明显的组成型代谢产物，如C-糖基类黄酮和氨基酸，在抗旱青稞中过度积累。通过mGWAS分析，共鉴定到正常生长条件下的1006个和轻度干旱胁迫下的1031个代谢物存在显著的基因组关联位点。棉籽糖作为干旱胁迫诱导的代谢物，与两个保守相邻的α-半乳糖苷酶基因显著相关，表明这两个基因共同调控青稞棉籽糖的含量。此外，一类C-糖基类黄酮作为抗旱型青稞和旱敏感型青稞之间稳定差异的代谢物，同时受到UDP-葡萄糖转移酶基因的调控。研究首次在青稞群体中同时进行了抗旱性鉴定、广泛靶向代谢产物检测和全基因组关联分析，为研究植物干旱胁迫的代谢响应机制和抗旱育种提供了新的思路。

图1 青稞干旱胁迫下的代谢产物

（A）旱胁迫诱导的差异代谢物在不同分组青稞中的积累模式热图；（B）小提琴曲线图显示了轻度干旱胁迫前后的抗旱性青稞(R_DS/R_CK)、干旱敏感的青稞(S_DS/S_CK)，以及正常生长条件下的抗旱型与旱敏感型青稞(R_CK/S_CK)、轻度干旱后的抗旱型与旱敏感型青稞(R_DS/S_DS)中代谢物的倍数差异；（C）旱胁迫前后，所有青稞群体、抗旱青稞和旱敏感青稞中的脯氨酸、GABA和Tricin O-eudesmic acid的含量；（D）箱线图展示所有青稞（ALL，黑色）、抗旱（R，绿色）和干旱敏感（S，橙色）青稞中旱胁迫响应差异代谢物的变化倍数。

该项成果是在西藏自治区财政专项“青稞种质资源保护与基因技术开发研究”（项目批准号：XZNKY-2018-C-021、2015CZZX001）支持下由青稞育种创新团队完成。

论文链接：https://doi.org/10.3389/fpls.2022.1076000。Frontiers | Genetic architecture of inducible and constitutive metabolic profile related to drought resistance in qingke (Tibetan hulless barley) (frontiersin.org)