项目文章Plant Physiol （IF 8.34）| 喻德跃教授团队采用磷酸化组揭秘大豆开花和抗虫之间的协调关系

大豆Jack（WT植株）、gmcdpk38突变体和携带GmCDPK38 Hap2或Hap3单倍型的大豆材料

GmCDPK38是钙依赖性蛋白激酶第IV亚家族成员。通过光周期实验发现GmCDPK38在长日照（LD）条件下的表达水平大于短日照（SD）。随后通过分析GmCDPK38的日表达模式，发现在LD条件下，GmCDPK38的表达量在白天减少，夜间增加。在SD条件下观察到该基因存在相同的表达模式，但其转录的幅度和丰度低于LD。这些结果表明，GmCDPK38的表达受光周期调节，在LD条件下表达量更高（图1）。

分析了272株栽培大豆中的GmCDPK38序列，在至少7种环境中，18个多态性位点与开花时间的变化显著相关。其中，含单倍型2（Hap2）的大豆的开花时间明显晚于含Hap3。此外，具有晚花Hap2的栽培大豆对CCW更具抗性。在LD和SD条件下，Hap2中的GmCDPK38表达显著低于Hap3，其启动子活性也低于Hap3。综上，GmCDPK38可能在花期和抗虫性方面发挥作用（图2）。

大豆品种Jack中的GmCDPK38序列属于Hap3。比较野生型（WT）Jack植株和gmcdpk38突变体的开花时间，发现突变体的开花时间晚于WT植株。此外，在LD条件下评估gmcdpk38突变体和WT植株的抗虫性，实验表明GmCDPK38的突变提高了大豆对CCW的抗性（图3）。

通过定量磷酸化蛋白质组学分析检测WT植株和gmcdpk38突变体中的磷酸蛋白。数据显示了一系列可能的GmCDPK38激酶下游底物，推断GmCDPK38可能通过影响这些蛋白质的磷酸化来介导大豆开花和抗虫性（图4）。

通过RNA-seq鉴定了大量与抗性和开花相关的表达基因。GmCDPK38突变诱导大多数开花抑制基因的表达，而gmcdpk38突变体中大多数开花促进基因表达下调。此后通过RT-qPCR证实这些基因表达与RNA-seq结果一致（图5）。

对WT和gmcdpk38突变体进行靶向代谢组学分析。在LD下42天，与WT相比，突变体中65.28%的代谢产物含量显著增加，其中包含16个不同的化合物类别。大多数差异代谢产物，包括类黄酮、苯丙烷、多酚、酚酰胺、生物碱和萜类，都是已知的植物内源性防御代谢物。SD下29天的代谢物水平下降的比例（48.93%）高于LD下42天。综上，GmCDPK38的突变诱导多种代谢物的积累，尤其是在LD条件下（图6）。

磷酸化蛋白质组学数据显示S-腺苷甲硫氨酸合酶GmSAMS1仅在WT组中发生磷酸化。通过酵母双杂交（Y2H）和双分子荧光互补（BiFC）实验，发现GmCDPK38与GmSAMS1互作并可能导致GmSAMS1磷酸化。进一步研究发现与防御相关的S-腺苷甲硫氨酸合酶在gmcdpk38突变体中在翻译后上调表达，表明GmCDPK38突变增强了大豆对CCW的抗性（图7）。

Hap2在栽培大豆中出现的频率高于野生大豆，多出现在低纬度地区，而Hap3在野生大豆中出现的频率更高，主要分布在高纬度地区。Hap2在主栽品种的高频出现表明该等位基因可能是人工驯化的结果。通过计算驯化指标，发现GmCDPK38在大豆驯化中受到选择（图8）。