马铃薯是全球重要的粮食与经济作物,但其耐盐性较弱,土壤NaCl浓度超过50 mmoL即可显著抑制块茎膨大与淀粉积累。盐胁迫通过破坏离子稳态、诱导活性氧(Reactive oxygen species,ROS)爆发及损伤光系统Ⅱ(PSⅡ)活性,导致马铃薯代谢紊乱。近年研究表明,类黄酮(如黄酮醇、花青素)不仅具有抗氧化功能,还可通过螯合Na~+、调控离子转运蛋白活性(如SOS1、NHX7)参与耐盐应答。褪黑素(Melatonin,MT)作为植物内源性抗氧化剂直接清除活性氧ROS,还可作为激素信号间接调控次生代谢通路,但其在马铃薯盐胁迫中与类黄酮代谢的协同机制尚不明确。那么MT如何通过特异性调控马铃薯类黄酮合成通路关键基因?类黄酮代谢产物如何协同缓解盐胁迫诱导的离子毒害与氧化损伤?特开展研究。以马铃薯栽培种"青薯9号"(盐敏感型)为试验材料。水培苗期植株分别进行MT预处理(0/10/50/100/200μmoL)后,施加150 mmoL NaCl胁迫。利用电感耦合等离子体发射光谱仪(Inductively coupled plasma optical emission spectrometer,ICP-OES)测定根、叶Na~+/K~+含量;采用非损伤微测技术(Noninvasive microelectrode technique,NMT)监测根尖Na~+含量。采用2',7'-二氯荧光素二乙酸酯(H2DCFDA)荧光探针检测ROS原位积累,同时测定丙二醛(Malondialdehyde,MDA)含量及抗氧化酶活力来反映膜脂过氧化程度。采用RNAseq(Illumina NovaSeq 6000)联合非靶向代谢组学(LC-MS/MS)筛选差异基因和差异代谢物,并通过加权基因共表达网络分析(Weighted gene co-expression network analysis,WGCNA)筛选共表达模块,确定核心调控基因;双荧光素酶报告系统验证启动子活性试验鉴定StMYB94、StMYBD、StWRKY28和StNAC83在StCHS等启动子的结合位点及调控机制。对盐胁迫下的马铃薯幼苗进行不同浓度MT处理,结果表明,盐胁迫显著抑制植株生长,表现为株高降低、叶片萎蔫黄化。其中10μmoL MT处理展现出最佳缓解效果,完全抑制叶片黄化与萎蔫现象。为系统解析代谢物及其相关基因的协同变化规律,基于转录组和代谢组联合分析发现,GO和KEGG富集分析显示这些基因与代谢物显著富集于类黄酮和苯丙素代谢通路,说明MT可能通过调控苯丙素类代谢网络响应盐胁迫。进一步深入揭示MT缓解盐胁迫的分子机制,采用加权基因共表达网络分析WGCNA构建共表达网络并筛选关键调控基因。共鉴定10个特征基因模块,其中ME black(74)、ME red(1414)和ME yellow(2829)模块与MT缓解效应显著正相关。GO富集分析显示这3个模块的DEGs主要参与离子转运、ROS响应、类黄酮及苯丙素合成等通路。通过cytohubba软件进一步筛选获得StMYB94、StMYBD、StWRKY28和StNAC83四个核心转录因子,并构建其调控网络。该网络显示这些转录因子与离子稳态相关基因(StHMP47、StCIA5)、苯丙素代谢基因(StPAL1、StCAD8)及类黄酮合成基因(StANR、StUGT79B1)存在紧密互作。进一步解析苯丙素代谢通路在MT调控中的核心作用。该代谢途径产生的类黄酮、木质素、苯丙素等次生代谢物在植物抗逆中具有重要作用。关联分析显示,苯丙素代谢关键基因StPAL、StC4H、St4CL在盐加MT处理下表达显著升高,其代谢产物香豆酸、槲皮素和花青素含量同步增加。值得注意的是,类黄酮合成通路中CHS、F3Hs、LAR2、DFR等基因表达显著下调,而FLS1表达显著上调,导致山奈酚、槲皮素及其衍生物含量显著升高。同时,木质素合成关键基因HCT和C3H在盐加MT同时处理下表达显著上调,而F5H表达显著下调,进一步促进山奈酚-3-O-槐糖苷等衍生物的积累。对马铃薯关键类黄酮合成基因CHS、PAL、FLS等进行启动子分析发现,结果显示启动子序列上分布着StMYB94、StMYBD、StWRKY28和StNAC83可能的结合位点,说明MT可能通过关键转录因子调控类黄酮生物合成和积累,进而提高马铃薯的耐盐性,具体调控机制有待进一步研究。本研究系统解析了褪黑素通过StMYB94、StMYBD、StWRKY28和StNAC83转录模块调控类黄酮合成、进而增强马铃薯耐盐性的分子机制。基于MT诱导的块茎作物耐盐栽培技术(如种薯MT浸种处理),利用合成生物学策略设计StMYB94、StMYBD、StWRKY28和StNAC83启动子的胁迫响应元件,可培育耐盐高产马铃薯新品种。未来将解析块茎发育过程中类黄酮代谢的时空特异性调控;探索MT-类黄酮模块与碳代谢(淀粉合成)的互作机制。