Nitrogen (N), phosphorus (P) and potassium (K) are essential macronutrients for plant growth and development. Although single N, P, or K starvation responses have been well studied individually at the morphological, physiological and transcriptional levels in many plant species, there is little knowledge about their interaction during the combined NPK starvation response. In this study, we compared sorghum seedling growth performance, nutrient concentrations and gene expression profiles between single N, P, and K and triple nutrient deficiencies (–NPK). The results showed that sorghum seedlings have significantly distinct responses to –N, –P and –K. Plants under –NPK conditions showed highly similar performance as –N-treated plants at multiple levels. Most typical –P- and –K-associated responses were modified in –NPK-treated plants. One common cluster was found between plants treated with –N and –P. Two Pi-deficiency tightly linked clusters were also identified using weighted gene coexpression network analysis. Moreover, we identified several ions transport-related genes and possible interactions between nutrients by combined transcriptome and ionome analyses. In this manuscript, we present a comprehensive transcriptome and ionome comparative analysis of sorghum responses to –N, –P and –K and showed –N is apparently prioritized over –P and –K under –NPK conditions. N starvation has a very strong influence on –P and –K responses, and NPK single starvation signaling was integrated into a combined network under multiple nutrient deficient conditions.

氮（N），磷（P）和钾（K）是植物生长和发育必不可少的大量营养素。尽管已经在许多植物物种的形态，生理和转录水平上单独研究了单个N，P或K饥饿反应，但对它们在组合NPK饥饿反应中的相互作用知之甚少。在这项研究中，我们比较了高粱幼苗的生长性能，养分浓度和基因表达谱，其中单氮，磷和钾与三重养分亏缺（–NPK）之间。结果表明，高粱幼苗对–N，–P和–K的响应明显不同。在多个水平下，–NPK条件下的植物表现出与–N处理植物高度相似的性能。在–NPK处理过的植物中，最典型的–P和–K相关响应被修饰。在用–N和–P处理的植物之间发现了一个共同的簇。使用加权基因共表达网络分析还确定了两个Pi缺乏紧密联系的群集。此外，我们通过组合转录组和离子组分析确定了几个离子运输相关的基因以及养分之间的可能相互作用。在本手稿中，我们对高粱对–N，–P和–K的反应进行了全面的转录组和离子组比较分析，结果表明–NPK条件下–N明显优先于–P和–K。N饥饿对–P和–K响应具有非常强的影响，并且在多种营养缺乏的条件下，NPK单饥饿信号被整合到组合网络中。使用加权基因共表达网络分析还确定了两个Pi缺乏紧密联系的群集。此外，我们通过组合转录组和离子组分析确定了几个离子运输相关的基因以及养分之间的可能相互作用。在本手稿中，我们对高粱对–N，–P和–K的反应进行了全面的转录组和离子组比较分析，结果表明–NPK条件下–N明显优先于–P和–K。N饥饿对–P和–K响应具有非常强的影响，并且在多种营养缺乏的情况下，NPK单饥饿信号被整合到组合网络中。使用加权基因共表达网络分析还确定了两个Pi缺乏紧密联系的群集。此外，我们通过组合转录组和离子组分析确定了几个离子运输相关的基因以及养分之间的可能相互作用。在本手稿中，我们对高粱对–N，–P和–K的反应进行了全面的转录组和离子组比较分析，结果表明–NPK条件下–N明显优先于–P和–K。N饥饿对–P和–K响应具有非常强的影响，并且在多种营养缺乏的条件下，NPK单饥饿信号被整合到组合网络中。在本手稿中，我们对高粱对–N，–P和–K的反应进行了全面的转录组和离子组比较分析，结果表明–NPK条件下–N明显优先于–P和–K。N饥饿对–P和–K响应具有非常强的影响，并且在多种营养缺乏的条件下，NPK单饥饿信号被整合到组合网络中。在本手稿中，我们对高粱对–N，–P和–K的反应进行了全面的转录组和离子组比较分析，结果表明–NPK条件下–N明显优先于–P和–K。N饥饿对–P和–K响应具有非常强的影响，并且在多种营养缺乏的条件下，NPK单饥饿信号被整合到组合网络中。