近日，《Plant, Cell & Environment》期刊發(fā)表揚(yáng)州大學(xué)熊飛教授團(tuán)隊(duì)題為“Untargeted metabolomic analysis reveals three critical metabolites as potential biomarkers related to soybean yield under different sowing times and planting densities in maize-soybean strip intercropping systems”的研究成果。揚(yáng)州大學(xué)博士研究生任清銘和博士后陳昕鈺為論文共同第一作者，熊飛教授和江蘇沿江地區(qū)農(nóng)科所李波副研究員為共同通訊作者。

玉米-大豆帶狀復(fù)合種植是一種高效的農(nóng)業(yè)種植模式，旨在實(shí)現(xiàn)玉米穩(wěn)產(chǎn)的同時(shí)增加大豆的產(chǎn)量，具有顯著的經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益。然而，當(dāng)大豆與玉米間作時(shí)，蔭脅迫導(dǎo)致的光競爭成為制約系統(tǒng)生產(chǎn)力的關(guān)鍵瓶頸。本研究通過設(shè)置不同播期（S1-S4）與種植密度（a-c），結(jié)合農(nóng)藝性狀分析與非靶向代謝組學(xué)，發(fā)現(xiàn)優(yōu)化播期-密度組合（S2+a）可顯著提高系統(tǒng)相對產(chǎn)量增益（RYG=54.38%）和系統(tǒng)生產(chǎn)力指數(shù)（SPI=130.87%）。

研究進(jìn)一步整合Mantel檢驗(yàn)、加權(quán)基因共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)分析（WGCNA）和隨機(jī)森林算法，從1029個(gè)代謝物中篩選出三個(gè)與產(chǎn)量密切相關(guān)的潛在生物標(biāo)志物：鄰苯二甲酸（PA）、香草酸（VA）和大黃素-8-葡萄糖苷。功能研究表明，PA通過調(diào)控根系構(gòu)型與抗氧化系統(tǒng)增強(qiáng)資源獲取與逆境適應(yīng)能力；VA則有助于優(yōu)化分枝結(jié)構(gòu)與提高莖稈強(qiáng)度，增強(qiáng)抗倒伏能力。三者共同參與苯丙烷代謝、苯甲酸鹽降解等關(guān)鍵通路，反映了植株在競爭脅迫下的整體生理狀態(tài)與資源分配策略。

該研究首次將種子代謝物含量與系統(tǒng)產(chǎn)量形成機(jī)制聯(lián)系起來，揭示了代謝重編程在作物適應(yīng)性反應(yīng)中的核心作用。

論文鏈接：

http://doi.org/10.1111/pce.70281