Abstract Alfalfa (Medicago sativa L.) is a very important forage that is severely threatened by water deficiency. Metabolomic changes under drought stress conditions are largely unknown in alfalfa. Therefore, two alfalfa (Medicago sativa L.) cultivars with contrasting tolerance to drought, namely the drought-tolerant Dryland “DT” and drought-sensitive WL343HQ “DS”, were investigated to identify metabolic responses to drought stress. Both the tolerant and sensitive alfalfa showed significant differences in physiological levels under water-limiting conditions. The drought-tolerant cultivar DT sustained growth despite reduced water potential and photosynthesis, suggesting that the functioning of distinct metabolic pathways contributed to enhance tolerance. There were more differentially expressed metabolites produced by DT compared to DS under drought conditions. In addition, the drought-tolerant DT cultivar accumulated more tryptophanol, homocarnosine, S-adenosylhomocysteine, cytidine and clairol, which may be important metabolites for alfalfa drought tolerance. In addition, 17-Hydroxymethylethisterone with unknown function was a candidate tolerance metabolite, whereas the drought-sensitive cultivar DS produced reduced levels of lipid metabolites and increased levels of biosynthesis of amino acids. Among them, the up-regulated L-Proline, L-Arginine and L-Leucine were evident, supporting the conclusion that DS suffered more severe drought stress. This study provided new insights into the metabolic changes of alfalfa in drought stress conditions.

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干旱胁迫下苜蓿叶片代谢途径的比较代谢组学分析

摘要 紫花苜蓿（Medicago sativa L.）是一种非常重要的牧草，受到缺水的严重威胁。苜蓿在干旱胁迫条件下的代谢组学变化在很大程度上是未知的。因此，研究了两种对干旱具有不同耐受性的苜蓿 (Medicago sativa L.) 栽培品种，即耐旱旱地“DT”和对干旱敏感的 WL343HQ“DS”，以鉴定对干旱胁迫的代谢反应。在限水条件下，耐受和敏感的苜蓿在生理水平上表现出显着差异。尽管水势和光合作用降低，但耐旱品种 DT 仍能持续生长，这表明不同代谢途径的功能有助于提高耐受性。在干旱条件下，与 DS 相比，DT 产生的差异表达代谢物更多。此外，耐旱 DT 品种积累了更多的色氨酸、高肌肽、S-腺苷高半胱氨酸、胞苷和 clairol，这些可能是苜蓿耐旱的重要代谢产物。此外，功能未知的 17-羟甲基乙酮是一种候选耐受代谢物，而干旱敏感品种 DS 产生的脂质代谢物水平降低，氨基酸生物合成水平增加。其中，L-脯氨酸、L-精氨酸和L-亮氨酸上调明显，支持DS遭受更严重干旱胁迫的结论。这项研究为苜蓿在干旱胁迫条件下的代谢变化提供了新的见解。耐旱DT品种积累了较多的色氨酸、高肌肽、S-腺苷高半胱氨酸、胞苷和紫花甘草醇，这些可能是苜蓿耐旱的重要代谢产物。此外，功能未知的 17-羟甲基乙酮是一种候选耐受代谢物，而干旱敏感品种 DS 产生的脂质代谢物水平降低，氨基酸生物合成水平增加。其中，L-脯氨酸、L-精氨酸和L-亮氨酸上调明显，支持DS遭受更严重干旱胁迫的结论。这项研究为苜蓿在干旱胁迫条件下的代谢变化提供了新的见解。耐旱DT品种积累了较多的色氨酸、高肌肽、S-腺苷高半胱氨酸、胞苷和紫花甘草醇，这些可能是苜蓿耐旱的重要代谢产物。此外，功能未知的 17-羟甲基乙酮是候选耐受代谢物，而干旱敏感品种 DS 产生的脂质代谢物水平降低，氨基酸生物合成水平增加。其中，L-脯氨酸、L-精氨酸和L-亮氨酸上调明显，支持DS遭受更严重干旱胁迫的结论。这项研究为苜蓿在干旱胁迫条件下的代谢变化提供了新的见解。功能未知的 17-羟甲基乙酮是一种候选耐受代谢物，而干旱敏感品种 DS 产生的脂质代谢物水平降低，氨基酸生物合成水平增加。其中，L-脯氨酸、L-精氨酸和L-亮氨酸上调明显，支持DS遭受更严重干旱胁迫的结论。这项研究为苜蓿在干旱胁迫条件下的代谢变化提供了新的见解。功能未知的 17-羟甲基乙酮是一种候选耐受代谢物，而干旱敏感品种 DS 产生的脂质代谢物水平降低，氨基酸生物合成水平增加。其中，L-脯氨酸、L-精氨酸和L-亮氨酸上调明显，支持DS遭受更严重干旱胁迫的结论。这项研究为苜蓿在干旱胁迫条件下的代谢变化提供了新的见解。