广西热作所科技人员在中科院二区SCI期刊发表甘蔗分蘖调控中激素—营养—转录组互作网络的研究论文

近日，热作所科研人员在国际期刊《Frontiers in Plant Science》发表题为“Integrated multi-omics analysis reveals hormonal and nutrient networks regulating sugarcane tillering”的研究论文（中科院2区，影响因子 4.8）。研究围绕不同分蘖能力甘蔗基因型，整合转录组、靶向植物激素代谢组和离子组数据，系统解析了激素信号、矿质营养与基因共表达网络在甘蔗分蘖形成中的协同调控作用，揭示了不同分蘖策略下生长—防御权衡的分子基础。

图 1 论文信息

甘蔗是我国最重要的糖料作物之一，分蘖能力直接影响有效茎数形成、群体结构和最终产量。然而，甘蔗分蘖并非由单一因子决定，而是受到遗传背景、组织分化、激素平衡、营养元素分配以及基因表达网络等多层次因素共同调控。由于甘蔗基因组高度多倍化和杂合化，传统单一组学研究难以全面解释不同品种间分蘖能力差异的形成机制。

本研究以田间条件下分蘖能力存在显著差异的4个甘蔗基因型为材料，在分蘖盛期采集主茎和分蘖相关组织，综合开展转录组测序、靶向植物激素代谢组和离子组分析，并结合主成分分析、PCoA、OPLS-DA、PERMANOVA 和加权基因共表达网络分析（WGCNA），构建了连接激素、营养元素与转录调控模块的多组学分析框架。

结果表明，高分蘖甘蔗基因型维持了更有利于生长的转录和代谢状态，主要表现为光合作用、碳固定、淀粉和蔗糖代谢、氮代谢等通路增强，同时积累了与生长素和细胞分裂素相关的代谢信号。其中，生长素相关代谢物色胺（tryptamine, TRA）在高分蘖材料中显著升高，而乙烯前体 1-氨基环丙烷-1-羧酸（ACC）和脱落酸（ABA）等抑制或胁迫相关信号相对降低，提示高分蘖材料可能通过促进生长型激素网络并降低部分抑制信号来支持分蘖发生。

相比之下，低分蘖甘蔗基因型呈现出更明显的“胁迫预备型”特征，表现为防御响应、蛋白合成和胁迫相关通路增强，并伴随茉莉酸、水杨酸、脱落酸等胁迫相关激素信号积累。离子组分析进一步发现，高分蘖材料在分蘖组织中更倾向于富集铁、钛、硒、钴等微量元素，而低分蘖材料表现出不同的元素分配模式和营养失衡特征，说明矿质营养的组织特异性分配也是影响甘蔗分蘖能力的重要因素。

图 2 甘蔗分蘖调控的多组学共表达网络分析图

在此基础上，研究通过WGCNA识别出17个基因共表达模块，并筛选出与关键激素和矿质元素显著关联的功能模块。研究发现，与生长相关的模块与顺式玉米素核苷（cZR）呈正相关，而与防御或蛋白合成相关的模块则与cZR/cZ呈负相关，或与 ACC、水杨酸（SA）等胁迫相关信号呈正相关。这一结果表明，甘蔗分蘖能力差异并非简单由单个激素或单个营养元素决定，而是由生长促进模块、防御胁迫模块以及营养分配网络共同塑造。

研究表明，高分蘖甘蔗材料倾向于“生长优化型”策略，依靠光合碳同化、生长型激素和微量元素供给促进分蘖；低分蘖材料则偏向“防御预备型”策略，在胁迫和防御代谢增强的背景下限制分蘖发育。该研究为甘蔗分蘖调控机制解析及后续分子育种、栽培调控提供了理论依据。

论文第一作者为热作所陈仕淼、单彬，通讯作者为热作所李翔、陆覃昱。该研究得到国家自然科学基金项目（32201392、32560030）、广西农业科学院团队项目（桂农科 2026YT171）和广西科技重大专项（桂科 AA24263045）等项目资助。

热作所  陈仕淼供稿/供图

一审一校：单    彬

二审二校：刘思朝

三审三校：覃剑峰