Hortic Res | 在嫁接群体中建立基于代谢组学的性状预测模型有助于选育耐盐性强的番茄品种

盐胁迫对植物的危害主要源自渗透胁迫、离子毒性、营养失衡和氧化损伤等，会严重影响植物生长和降低作物的产量。嫁接是提高植物耐盐性的一种手段，砧木可以通过影响干物质积累、叶面积、叶水势和气孔导度等特性全面改善枝芽的适应性，从而提高接穗的耐盐性。然而，目前关于砧木如何介导接穗应对盐胁迫的研究较少，阻碍了通过嫁接技术提高植物耐盐性的育种进程。

近日，Horticulture Research 在线发表了Ben-Gurion University of the Negev题为Leveraging a graft collection to develop metabolome-based trait prediction for the selection of tomato rootstocks with enhanced salt tolerance 的研究论文。研究人员探讨了盐胁迫下不同砧木对番茄表型指标和代谢的影响。
研究人员将栽培番茄M82作为接穗分别嫁接到254种番茄砧木上，包括野生种（wild）、醋栗番茄（Solanum pimpinellifolium, SP）、樱桃番茄（S. lycopersicum var. Cerasiforme, SLC），普通栽培番茄（S. lycopersicum L. var. Lycopersicum, SLL）和少数其它材料等，构建了一个囊括不同驯化阶段的番茄嫁接群体。在盐胁迫下，不同嫁接组合的各项与表型和代谢相关指标出现较大的差异（图1）。其中，氧化应激指标丙二醛（MDA）的变异系数最高（CV=0.58），而变异系数最小的性状是果实鲜重（fruit fresh weight）与总鲜重（total fresh weight ）的比率（FFW/TFW），因为FFW/TFW和HI（harvest index）反映了植物将光合作用同化产物分配给产品器官的能力，主要受到接穗的影响，因此M82植株的产量受砧木的影响较小。此外，研究者发现，除了分枝能力外，嫁接群体的各性状均优于对照。

研究者还发现，叶片中的代谢物苹果酸、柠檬酸和天冬氨酸在盐胁迫下对碳同化物的重新分配中起着核心作用（图2和图3）。此外，研究人员也观察到盐胁迫下一些渗透物质如肌醇、脯氨酸、半乳糖、果糖、蔗糖和山梨糖（图3）的变化，表明这些代谢物在盐胁迫下发挥重要渗透调节作用。为了进一步建立番茄嫁接过程产生的代谢物和表型的联系，研究者对54种代谢物和14个形态性状（包括MDA含量）进行分析和采用LASSO模型预测，最终揭示了代谢物和表型性状之间的关联。

总的来说，该研究表明砧木可以通过改变接穗的表型指标和叶片中的代谢物水平以响应盐胁迫。研究结果为嫁接与非生物胁迫的关系提供了新的见解，并为代谢标记辅助选择砧木以提高植物的耐盐性的育种工作奠定了基础。

文章链接：

https://doi.org/10.1093/hr/uhac061

转自：植物科学SCI

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