《BMC Plant Biology》：Potassium-regulated sucrose and trehalose-6-phosphate metabolism underpins root adaptation to drought in sweet potato (Ipomoea batatas (L.) Lam): an integrated transcriptomic and metabolomic study
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摘要
甘薯（Ipomoea batatas (L.) Lam.）是全球重要的粮食作物，但其产量常常受到干旱和土壤中钾（K）含量低的影响。然而，干旱条件下钾的供应如何调节甘薯的根系分化和耐旱性仍不甚明了。在本研究中，选用‘Yanshu 25’品种在干旱条件下进行栽培，分别不施用
摘要
甘薯（Ipomoea batatas (L.) Lam.）是全球重要的粮食作物，但其产量常常受到干旱和土壤中钾（K）含量低的影响。然而，干旱条件下钾的供应如何调节甘薯的根系分化和耐旱性仍不甚明了。在本研究中，选用‘Yanshu 25’品种在干旱条件下进行栽培，分别不施用钾（CK）和施用钾（T）。通过分析根系结构特征、转录组谱以及广谱代谢组数据，阐明了钾在分枝阶段所起的调节作用。与CK相比，施用钾显著促进了根系重构，总根长和根尖数量分别增加了2.3倍和3.2倍，表明在水分不足的情况下根系的延伸和分枝能力得到了增强。RNA-seq分析发现了9,397个在CK和T处理间差异表达的基因（DEGs），这些基因主要富集在与初级和次级代谢、植物激素信号传导以及淀粉和蔗糖代谢相关的通路中。代谢组分析共检测到2,595种差异积累的代谢物（DAMs），其中氨基酸及其衍生物、有机酸和酚类化合物是主要类别。整合转录组与代谢组分析表明，蔗糖和海藻糖代谢在钾响应中起核心作用。在施钾处理的根系中，转化酶（INV）和β-葡萄糖苷酶（BGL）基因表达上调，而海藻糖-6-磷酸合成酶（TPS）基因表达下调，同时蔗糖和UDP-葡萄糖水平升高，海藻糖-6-磷酸（T6P）水平降低。这些协同变化表明蔗糖的转化和供应增强，T6P信号减弱，碳分配向根系发育和应激相关过程倾斜。总体而言，我们的研究结果揭示了干旱条件下钾的供应如何通过调节根系结构的可塑性以及碳和氮（N）代谢及信号通路的转录和代谢重编程，为通过优化钾营养管理来提高甘薯的耐旱性提供了生理和分子基础。
甘薯（Ipomoea batatas (L.) Lam.）是全球重要的粮食作物，但其产量常常受到干旱和土壤中钾（K）含量低的影响。然而，干旱条件下钾的供应如何调节甘薯的根系分化和耐旱性仍不甚明了。在本研究中，选用‘Yanshu 25’品种在干旱条件下进行栽培，分别不施用钾（CK）和施用钾（T）。通过分析根系结构特征、转录组谱以及广谱代谢组数据，阐明了钾在分枝阶段所起的调节作用。与CK相比，施用钾显著促进了根系重构，总根长和根尖数量分别增加了2.3倍和3.2倍，表明在水分不足的情况下根系的延伸和分枝能力得到了增强。RNA-seq分析发现了9,397个在CK和T处理间差异表达的基因（DEGs），这些基因主要富集在与初级和次级代谢、植物激素信号传导以及淀粉和蔗糖代谢相关的通路中。代谢组分析共检测到2,595种差异积累的代谢物（DAMs），其中氨基酸及其衍生物、有机酸和酚类化合物是主要类别。整合转录组与代谢组分析表明，蔗糖和海藻糖代谢在钾响应中起核心作用。在施钾处理的根系中，转化酶（INV）和β-葡萄糖苷酶（BGL）基因表达上调，而海藻糖-6-磷酸合成酶（TPS）基因表达下调，同时蔗糖和UDP-葡萄糖水平升高，海藻糖-6-磷酸（T6P）水平降低。这些协同变化表明蔗糖的转化和供应增强，T6P信号减弱，碳分配向根系发育和应激相关过程倾斜。总体而言，我们的研究结果揭示了干旱条件下钾的供应如何通过调节根系结构的可塑性以及碳和氮（N）代谢及信号通路的转录和代谢重编程，为通过优化钾营养管理来提高甘薯的耐旱性提供了生理和分子基础。
