四川农业大学杨文钰、刘江团队揭示间套作变光环境提高大豆种荚霉变抗性的异黄酮代谢调控机理

本文来源：植物与环境PCE公众号

禾本科-豆科作物间套作是世界公认的绿色农业生产模式，玉米-大豆带状复合种植不仅能够高效利用资源、提高土地产出率，更是培肥地力、减少病虫草害的环境友好型种植模式。间套作生物多样性的增加提高了生态系统的稳定性，并且生物间的互作使病虫草害爆发的可能性降低；此外，间套作田间小气候对减少作物病害的发生也有积极影响，但其作用机制尚不清楚。

Fusarium verticillioides等田间真菌病害导致大豆品质低劣、产量降低，是南方大豆生产的重要瓶颈。种荚是豆科植物抵御外界环境胁迫的第一道防线，对大豆田间霉变具有积极防御作用。玉米-大豆带状复合种植模式下，大豆种荚霉变发生率显著降低，但其原因尚不清楚。异黄酮是大豆中重要的次生代谢产物，具有抗病、抗旱、诱导根瘤发生等诸多化学生态学功能，其在大豆体内广泛分布，但在豆荚中的功能研究鲜有报道。

近日，四川农业大学杨文钰、刘江团队在Plant, Cell & Environment上发表了题为“Changing light promotes isoflavone biosynthesis in soybean pods and enhances their resistance to mildew infection”的研究论文，揭示了带状间套作变光环境促进大豆种荚异黄酮合成，提高霉变抗性的代谢调控机理。

玉米-大豆带状复合种植系统中，玉米遮荫对大豆植株造成的“由弱变强（或由强变弱）”的变光环境是其最重要的环境特征；前期研究发现，套作变光环境能促进大豆籽粒中异黄酮的合成和积累。该团队通过多年的田间模拟试验，探究了不同生育时期遮荫条件下，大豆种荚霉变抗性及代谢群体的变化规律，证实了变光环境，特别是“营养生长期荫蔽-生殖生长期复光”处理能显著提高大豆豆荚的霉变抗性。代谢组学分析和外源茉莉酸及其合成抑制剂处理试验，进一步证明了变光环境与豆荚内源茉莉酸对异黄酮合成及霉变抗性具有协同提升作用：变光环境通过促进豆荚中异黄酮合成通路上游组成型异黄酮苷元和葡萄糖苷的积累，为下游诱导型异黄酮（丙二酰基化异黄酮、大豆抗毒素）合成提供了充足前体物；另一方面，当豆荚遭受霉菌侵染时，茉莉酸信号通路启动进一步促进了诱导型异黄酮的合成，从而协同提高了豆荚的霉变抗性。

该研究为复合种植作物抗逆机制的阐释提供了新的见解，为植物复合胁迫-交叉抗性理论的完善提供了重要线索。

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1111/pce.14128

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