三江实验室（吉林农业大学）水稻育种团队在中科院一区Top期刊（IF=5.0）《Rice》发表了题为“Integrated Transcriptomic, Proteomic,and Metabolomic Analyses Reveal Mechanisms Underlying Day-Night Differences in Carbohydrate Metabolism between Diploid and Tetraploid Rice”的研究论文。该研究发现，同源四倍体水稻表现出增强的淀粉代谢和单糖磷酸化，可以有效地将糖运输到呼吸过程中，使四倍体水稻能够通过TCA循环产生更多的能量。
通过比较二倍体水稻（GFD-2X）及其同源四倍体水稻（GFD-4X），基因组加倍后在昼夜期间碳水化合物代谢有显著差异，GFD-4X表现出蔗糖分解代谢减弱，而淀粉代谢能力与单糖磷酸化均增强。与GFD-2X相比，GFD-4X的株高、旗叶长、旗叶宽、茎粗分别较GFD-2X增加22.84%、18.19%、30.23%、57.46%；千粒重增加48.86%，净光合速率和叶绿素含量分别提高30.71%和9.47%，白天气孔导度和蒸腾速率分别增加74.89%和28.17%，表明染色体加倍促进了生长发育。转录组分析显示，4D（Day） vs 2D有1740个DEGs（893上调，847下调），4N（Night） vs 2N有1450个DEGs，淀粉和蔗糖代谢通路在多个比较组中显著富集。蛋白质组中，4D vs 2D有877个DEPs（475上调，402下调），淀粉合成相关蛋白如SS1、HXK3上调，蔗糖合成酶SUS5/6/7下调。代谢组检测到2057种代谢物，4D vs 2D有668个DAMs，其中葡萄糖、麦芽糖在GFD-4X中上调。
染色体加倍导致四倍体水稻白天蔗糖合成酶（SUS5/6/7）和转化酶（OsCIN1、OsINV2）基因下调，减少蔗糖分解，促进蔗糖向库器官运输；淀粉合成酶（OsSSI、SS1）、脱支酶（ISA3）和β-淀粉酶基因/蛋白表达上调，增强淀粉代谢，同时己糖激酶（HXK2/3/6/8）表达提高，促进单糖磷酸化。呼吸相关蛋白如苹果酸脱氢酶、磷酸甘油酸激酶等上调，表明四倍体夜间呼吸作用增强，通过TCA循环产生更多能量，可能用于植株形态构建，进一步证实了加倍化后昼夜碳水化合物代谢差异独特的生长和发育机制。
三江实验室/吉林农业大学马建教授和王宁宁教授为本文通讯作者。本研究得到吉林省三江实验室科技创新项目（SJ2025002）的资助。
论文链接：https://doi.org/10.1186/s12284-025-00826-z
初审：王婷
复审：李勇
终审：董浩
