干旱具有可持性强、分布范围广、发生频率高等特征，可对农业、水资源、生态环境造成严重影响。随着全球变暖，干旱远远超过其他气象灾害的增长速度，导致作物产量损失，从而威胁国家粮食安全。谷子主要种植区域为干旱或半干旱地区，虽然长期自然选择过程中叶片已经进化出较厚的细胞壁，较小的叶面积，表皮细胞排列整齐，水分利用率高，从而使其具有较强的气候适应性和非生物胁迫的适应性。但自然环境条件下，干旱灾害发生往往具有隐蔽性，目前对不同程度干旱灾害下谷子不同生长发育时期光合作用和产量形成关键组分的响应机制鲜有报道。

沈阳农业大学作物-气象交叉研究团队，前期通过旱棚模拟轻度干旱胁迫与重度干旱胁迫，比较处理组和对照组间拔节期和孕穗期植株谷穗形态特征，生理生化及产量特征，通过加权基因共表达网络分析（Weighted correlation network analysis, WGCNA）方法联合分析，揭示不同干旱胁迫水平下谷子光合作用固碳过程、蔗糖与淀粉合成、脯氨酸代谢等通路中基因表达水平变化，阐明干旱胁迫对谷子产量影响的分子机制。但是不同干旱胁迫下，谷子光合作用关键响应因子的分子机制尚不明确。

近期，该团队完成的题为“Transcriptome-metabolome and anatomy conjoint analysis of vital component change of photosynthesis in foxtail millet under different drought conditions”的研究在Journal of Integrative Agriculture (JIA) 2025年12期正式发表。

该研究以辽宁省谷子栽培品种“大金苗”为试验材料，在拔节期（Y）和孕穗期（S）分别进行了轻度干旱（LD）和重度干旱（HD）处理。

干旱胁迫下，两个生育时期的谷子叶片长度和面积均减少，但孕穗期HD处理显著下降。孕穗期S-LD和S-HD处理，叶肉细胞和大维管束面积显著减少，维管束和花环解剖结构逐渐模糊。拔节期Y-LD和Y-HD处理，叶肉细胞数量和维管束面积均下降，但无显著性差异。孕穗期不同干旱胁迫处理，叶片净光合速率、气孔导度、蒸腾速率、细胞间CO₂浓度和光系统II（PS II）的电子转移效率显著降低，表明孕穗期干旱胁迫对叶片光合功能损伤严重。

利用转录组和代谢组联合分析探索孕穗期不同干旱胁迫下光合作用变化的分子机制，发现LD处理下转录组和代谢组中无共同差异富集通路，但HD处理下转录组和代谢组中共有32条通路富集；其中，精氨酸、脯氨酸代谢、酪氨酸代谢、泛醌和其他萜类醌生物合成途径在转录组和代谢组中差异富集。LD和HD处理，Ribose-5P、Glycerate-3P、D-Fructosel 1,6P2和D-Fructose-6P代谢物均下降，特别是D-Fructose-6P降幅显著，表明干旱胁迫对光合作用中的卡尔文循环影响突出。

沈阳农业大学作物学团队于海秋教授为该文章的通讯作者，王婧副教授、孙泽鑫硕士为该文章共同第一作者，沈阳农业大学大气科学高西宁教授和任传友副教授均参与该工作。该研究得到了科技部“十三五”国家重点研发计划-子课题，谷子干旱监测预警技术研发的资助。

论文信息：Jing Wang, Zexin Sun, Lei Tian, Wei Sun, Xinning Wang, Zhihao Wang, Zhiying Wang, Zhao Li, Wei Liu, Qianchi Ma, Chuanyou Ren, Xinning Gao, Yue Li, Liwei Wang, Xiaoguang Wang, Chunji Jiang, Chao Zhong, Xinhua Zhao, Haiqiu Yu. 2025. Transcriptome-metabolome and anatomy conjoint analysis of vital component change of photosynthesis in foxtail millet under different drought conditions. Journal of Integrative Agriculture, 24(12): 4588-4612.  

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2095311924001588

Journal of Integrative Agriculture  (《农业科学学报（英文）》, JIA) 由中华人民共和国农业农村部主管，中国农业科学院与中国农学会主办，中国农业科学院农业信息研究所承办。综合性英文学术期刊，月刊。创刊于2002年，现任主编为中国科学院院士陈化兰。JIA主要栏目有作物科学、园艺、植物保护、动物科学、动物医学、农业生态环境、食品科学、农业经济与管理等。刊稿类型有综述、研究论文、简报以及评述等。全部论文在Elsevier-ScienceDirect (SD) 平台OA出版。最新SCI影响因子4.4，位于SCI-JCR农业综合学科Q1区。中国科学院分区农林科学1区。2016年以来先后获得中国科协等部委 “提升计划”“登峰计划”“卓越计划”项目支持。