崔思宇,張志芬,付曉峰,劉俊青,楊海順

(內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)牧業(yè)科學(xué)院 特色作物研究所,內(nèi)蒙古呼和浩特 010032)

燕麥主要種植在干旱和半干旱地區(qū),干旱是限制燕麥產(chǎn)量的主要因素。短期(14 d)中度干旱脅迫對(duì)燕麥根系生長(zhǎng)指標(biāo)及活力有促進(jìn)作用,重度干旱脅迫持續(xù)抑制此類(lèi)根系指標(biāo)[1]。干旱導(dǎo)致燕麥結(jié)實(shí)率下降,空的白色小穗增加[2],株高變矮,葉片數(shù)、主莖數(shù)、穗數(shù)減少,葉片失綠發(fā)黃及籽粒產(chǎn)量顯著下降[3],因此,解析燕麥抗旱機(jī)制、挖掘抗性基因尤為重要。

轉(zhuǎn)錄組測(cè)序已被廣泛用于解析高粱[4]、向日葵[5]和其他植物[6-10]的抗旱機(jī)制,研究結(jié)果能夠提供植物對(duì)水分脅迫應(yīng)答的信號(hào)通路和相關(guān)基因表達(dá)的信息?；诟吡晦D(zhuǎn)錄組分析發(fā)現(xiàn),植物激素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路相關(guān)差異基因的表達(dá)模式與生理指標(biāo)變化趨勢(shì)吻合[4]?；诖舐檗D(zhuǎn)錄組分析,了解了烯效唑處理對(duì)大麻響應(yīng)干旱脅迫下植物激素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過(guò)程生長(zhǎng)素、脫落酸基因表達(dá)水平所發(fā)生的變化[7]?；谵D(zhuǎn)錄組KEGG分析結(jié)果表明,ABA合成代謝的關(guān)鍵酶,9-順式-環(huán)氧類(lèi)胡蘿卜素雙加氧酶被顯著富集,說(shuō)明三七可能通過(guò)ABA相關(guān)合成酶的增加調(diào)控干旱應(yīng)答[8]。與對(duì)照相比,山桃干旱處理組的樣本有260個(gè)差異表達(dá)基因參與72條代謝途徑,顯著富集到淀粉和蔗糖代謝、植物激素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路。植物激素參與調(diào)節(jié)作物生長(zhǎng)發(fā)育代謝進(jìn)程,并在抵抗非生物脅迫中起著重要作用[11-12],因此認(rèn)為植物激素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路為應(yīng)答干旱脅迫的主要代謝途徑之一。

重度干旱脅迫下(田間最大持水量45%),燕麥葉片ABA、JA和SA含量顯著升高, IAA含量顯著降低[13]。JA 參與了干旱脅迫下根系發(fā)育的調(diào)節(jié),在 PEG 介導(dǎo)的干旱脅迫條件下,細(xì)胞分裂素反應(yīng)的調(diào)節(jié)與木質(zhì)部發(fā)育密切相關(guān),與細(xì)胞分裂素相比,JA 和干旱脅迫促進(jìn)木質(zhì)部分化[14]。JA在抵抗環(huán)境脅迫的過(guò)程中與ABA、乙烯(ET)、SA等植物激素具有協(xié)同和拮抗作用[15]。ABA為脅迫反應(yīng)激素,在抵御非生物脅迫中起著重要作用[16-17]。ABA、ET、SA、赤霉素 (GA)、IAA和油菜素內(nèi)酯 (BR),它們與JA一起參與復(fù)雜的信號(hào)網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)非生物脅迫[15]。油用向日葵干旱脅迫下,ABA代謝過(guò)程中涉及的轉(zhuǎn)錄因子均表現(xiàn)為上調(diào)[18]。目前關(guān)于干旱對(duì)燕麥內(nèi)源激素含量的影響報(bào)道較多,但關(guān)于干旱對(duì)燕麥植物激素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中關(guān)鍵基因挖掘的報(bào)道較少。本研究將利用轉(zhuǎn)錄組測(cè)序,研究燕麥植物激素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中響應(yīng)干旱脅迫的關(guān)鍵基因,為燕麥抗旱機(jī)制解析提供依據(jù),也為將來(lái)燕麥抗旱基因克隆、驗(yàn)證奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 植物材料和處理

選用抗旱燕麥品種皮燕麥“蒙燕1號(hào)”為材料,采用盆栽進(jìn)行培養(yǎng),基質(zhì)為陶粒,室溫培養(yǎng),出苗7 d后,進(jìn)行干旱脅迫處理,3個(gè)處理,分別為正常水分條件(CK)、輕度干旱脅迫(QD,10%PEG6000)和重度干旱脅迫(ZD,20%PEG6000),每個(gè)處理6盆。處理7 d后取葉,緩沖液清洗后,用濾紙吸干水分,立即投入液氮中,-80 ℃下儲(chǔ)存?zhèn)溆? 每個(gè)處理3次生物學(xué)重復(fù)。

1.2 RNA-Seq 測(cè)序及分析

Trizol法提取總 RNA,質(zhì)檢合格后建庫(kù)測(cè)序,對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)控后得到clean reads用于后續(xù)分析。根據(jù)HISAT2的比對(duì)結(jié)果,利用Stringtie重構(gòu)轉(zhuǎn)錄本,Stringtie有效利用轉(zhuǎn)錄本的豐度信息,能夠組裝出更多的轉(zhuǎn)錄本,組裝結(jié)果也更為準(zhǔn)確[19]。并利用RSEM[20]計(jì)算每個(gè)樣本中所有基因的表達(dá)量,篩選FDR<0.05 且|log2FC|>1的基因?yàn)轱@著差異基因。參考基因組為2020 年 6 月 23 日公開(kāi)發(fā)布的六倍體皮燕麥基因組,網(wǎng)址為 https://wheat.pw.usda.gov/jb/data=/ggds/oat-ot3098-pepsico[21]

1.3 實(shí)時(shí)熒光定量 PCR(qRT-PCR)分析

為驗(yàn)證RNA-seq 測(cè)序檢測(cè)到 DEGs,本研究對(duì)8個(gè)重點(diǎn)基因進(jìn)行 qRT-PCR 分析。燕麥Pepsico2_Contig1856.path1 [過(guò)氧化物酶體 (S)-2-羥基酸氧化酶基因,GLO1]為內(nèi)參基因,該基因不同處理表達(dá)量均較高,而且相對(duì)穩(wěn)定。引物序列如表1所示,用2-ΔΔCT方法計(jì)算試驗(yàn)樣本中各基因相較于對(duì)照樣本中各基因的相對(duì)表達(dá)量變化,使用GraphPad Prism7.0進(jìn)行SD及P值分析。

表1 qRT-PCR 所用引物Table 1 Primers for qRT-PCR

2 結(jié)果與分析

2.1 干旱脅迫下差異表達(dá)基因(DEGs)鑒定

基于差異分析結(jié)果(圖1),篩選FDR<0.05且|log2FC|>1的基因?yàn)轱@著差異基因(DEGs),與正常水分相比,輕度干旱脅迫下共獲得624個(gè)DEGs,258個(gè)上調(diào),366個(gè)下調(diào),重度干旱下共獲得13 063個(gè)DEGs,其中6 564個(gè)上調(diào),6 499個(gè)下調(diào)。CK vs QD、CK vs ZD和QD vs ZD共有28個(gè)基因表達(dá)相同。282個(gè)基因只被輕度干旱脅迫誘導(dǎo),不能被重度干旱誘導(dǎo),5 925個(gè)基因只被重度干旱脅迫誘導(dǎo),不能被輕度干旱誘導(dǎo)。

CK表示正常水分條件,QD表示輕度干旱脅迫,ZD 表示重度干旱脅迫。下圖同。

對(duì)所有 DEGs 進(jìn)行 GO 功能注釋,如圖2所示,將這些 DEGs 分為生物過(guò)程(biological process)、細(xì)胞組分(cellular component)和分子功能(molecular function)3 個(gè)子類(lèi)。生物過(guò)程主要富集在代謝過(guò)程、細(xì)胞過(guò)程和單細(xì)胞生物過(guò)程等。細(xì)胞組分主要富集在細(xì)胞、組織和膜。分子功能主要富集在催化活性、結(jié)合、轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白活性、核酸結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子活性和分子功能調(diào)控。

圖2 不同處理間差異基因表達(dá)的GO分析

為探索響應(yīng)干旱的基因功能分類(lèi)和代謝途徑,在 KEGG 數(shù)據(jù)庫(kù)中對(duì) DEGs 功能進(jìn)行注釋,如圖3所示。

圖3 燕麥輕度干旱脅迫顯著富集的通路

QD vs CK,植物激素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路沒(méi)有顯著富集(P>0.05;Q>0.05),共有7個(gè)基因表達(dá)發(fā)生顯著變化,其中生長(zhǎng)素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中AFR基因Pepsico1_Contig30676. Pat h1(ARF9)顯著下調(diào),表達(dá)量較高。細(xì)胞分裂素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑2個(gè)CRE1基因Pepsico1_Contig10314. path2和Pepsico1_Contig20676.path2表達(dá)下調(diào),表達(dá)量較高。

ZD vs CK,KEGG富集分析結(jié)果表明DEGs顯著富集在24個(gè)通路(P<0.05;Q<0.05)。如圖4所示,22個(gè)為代謝途徑,次生代謝物的生物合成和苯丙素生物合成2個(gè)代謝途徑,-log10(Q值)>20,極顯著富集,次生代謝物的生物合成通路350基因表達(dá)上調(diào),398個(gè)下調(diào);苯丙素生物合成通路41個(gè)基因表達(dá)上調(diào),105個(gè)下調(diào)?；蛐畔⑦^(guò)程只有1個(gè)通路顯著富集DEGs,該通路為真核生物中的核糖體生物發(fā)生(Ko03008),富集70個(gè)DEGs,其中69個(gè)上調(diào);環(huán)境信息過(guò)程1個(gè)通路顯著富集DEGs,為植物激素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)(Ko04075),富集133個(gè)基因,其中44個(gè)上調(diào),89個(gè)下調(diào)。

圖4 燕麥重度干旱脅迫KEGG富集顯著差異的通路

2.2 激素信號(hào)傳導(dǎo)途徑相關(guān)差異表達(dá)基因

圖5顯示,ZD vs CK,植物激素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑富集144個(gè)DEGs。生長(zhǎng)素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)富集34個(gè)DEGs,其中29個(gè)下調(diào),5個(gè)上調(diào),5個(gè)AUX1、22個(gè)AUXIAA、1個(gè)SAUR下調(diào),2個(gè)GH3上調(diào),4個(gè)ARF基因,其中3個(gè)上調(diào),1個(gè)下調(diào), Pepsico1_Contig30676.path1(ARF9)和Pepsico1_Contig15350.path2(ARF9)表達(dá)量最高。

圖5 燕麥激素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)相關(guān) DEGs 表達(dá)模式

細(xì)胞分裂素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)富集23個(gè)DEGs,7個(gè)CRE1,其中 5個(gè)下調(diào),2個(gè)上調(diào);5個(gè)AHP,其中4個(gè)下調(diào),1個(gè)上調(diào)。1個(gè)B-ARR上調(diào)和10個(gè)A-ARR下調(diào)。CRE1基因Pepsico1_Contig30644.path2(HK3)和Pepsico1_Contig17818.path2(HK3)表達(dá)量較高。

赤霉素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)富集7個(gè)DEGs,包括1個(gè)DELLA和6個(gè)TF,均下調(diào),所有DEGs表達(dá)量均不高。

脫落酸信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)富集27個(gè)DEGs,23個(gè)上調(diào),4個(gè)下調(diào)。1個(gè)PYL下調(diào),14個(gè)PP2C上調(diào),10個(gè)SnRK2,3個(gè)下調(diào),7個(gè)上調(diào), 2個(gè)ABF上調(diào),ABF基因Pepsico1_Contig22851.path2(SAPK8)和Pepsico1_Contig11915.path2(SAPK8)表達(dá)量較高。

乙烯信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)富集8個(gè)DEGs,其中7個(gè)下調(diào),1個(gè)上調(diào)。3個(gè)ETR,其中2個(gè)下調(diào),1個(gè)上調(diào),1個(gè)EIN2下調(diào),4個(gè)EIN3下調(diào)。Pepsico1_Contig16364.path2(ERS1)和Pepsico1_Contig30011.path2(EIL1A)表達(dá)量較高。

油菜素甾醇信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)富集14個(gè)DEGs,11個(gè)下調(diào),3個(gè)上調(diào)。2個(gè)BRI1、1個(gè)BSK、1個(gè)BZR1/2均下調(diào),10個(gè)TCH4,其中7個(gè)下調(diào),3個(gè)上調(diào),MSTRG.60886(XTH22)表達(dá)量較高。

茉莉酸信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)富集6個(gè)DEGs,2個(gè)下調(diào),4個(gè)上調(diào)。1個(gè)JAR1下調(diào),5個(gè)JAZ1,其中1個(gè)下調(diào),4個(gè)上調(diào),表達(dá)量均不高。

水楊酸信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)富集14個(gè)DEGs,其中8個(gè)下調(diào),6個(gè)上調(diào)。8個(gè)NPR1,其中7個(gè)下調(diào),1個(gè)上調(diào),4個(gè)PR-1均上調(diào),2個(gè)TGA,1個(gè)上調(diào),1個(gè)下調(diào)。 Pepsico1_Contig13131.path2(TGAL6)和Pepsico1_Contig23941.path1(TGAL6)表達(dá)量較高。

2.3 EGs的qRT-PCR驗(yàn)證

Pepsico1_Contig2520.path2(ARF,ADP核糖基化因子)、Pepsico2_Contig10105.path1(GH3.5,茉莉酸-酰胺合成酶JAR1亞型X2)、Pepsico2_Contig12697.path1(MPK6, 絲裂原活化蛋白激酶)、Pepsico1_Contig 30614.path1(ACX1,過(guò)氧化物酶體?；o酶A氧化酶1異構(gòu)體X1)、Pepsico1_Contig24949.path1(GID1,赤霉素不敏感基因dwarf 1)、Pepsico2_ Contig 11866. path1(MFP2,乙二醛脂肪酸β-氧化多功能蛋白MFP-a異構(gòu)體X1)和Pepsico1_Contig26945.path2(EBF2,EIN3結(jié)合F-box蛋白)在重度干旱脅迫下均顯著上調(diào),Pepsico2_Contig15385.path1(BZR2,油菜素內(nèi)酯信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的核心轉(zhuǎn)錄因子)顯著低于輕度干旱脅迫和對(duì)照,轉(zhuǎn)錄組測(cè)序和qRT-PCR基因表達(dá)變化一致(表2)。

表2 8個(gè)基因的實(shí)時(shí)定量 PCR 和 RNA-seq 結(jié)果Table 2 Real-time quantitative PCR and RNA-seq analysis of the eight genes

3 討論

與CK相比,重度干旱脅迫燕麥葉片核糖含量增加5.78%,蔗糖含量增加83.08%,差異顯著(P<0.05,下同);內(nèi)源酸性激素ABA、JA和SA含量顯著升高,IAA含量顯著降低[12],輕度干旱脅迫變化不顯著。本研究表明輕度干旱脅迫沒(méi)有顯著富集的代謝通路,植物激素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑富集7個(gè)DEGs,其中ARF和CRE1表達(dá)量較高;重度干旱脅迫下有24條代謝途徑顯著富集,環(huán)境信號(hào)過(guò)程只有植物激素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑顯著富集DEGs,說(shuō)明轉(zhuǎn)錄組表現(xiàn)和生理表現(xiàn)一致。

內(nèi)源激素是對(duì)外界環(huán)境刺激變化最顯著的途徑,本研究表明在重度干旱脅迫下,IAA信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路和ABA信號(hào)通路富集較多的DEGs,分別占激素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路總DEGs的20.7%和15.9%,茉莉酸信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中富集較少的DEGs,表達(dá)量低。IAA信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中生長(zhǎng)素反應(yīng)因子(ARFs)是一種轉(zhuǎn)錄因子,通過(guò)與其啟動(dòng)子區(qū)域的生長(zhǎng)素反應(yīng)元件(Aux REs)結(jié)合,激活或抑制初級(jí)/早期生長(zhǎng)素反應(yīng)基因的表達(dá)[21]。CaARFs的轉(zhuǎn)錄譜揭示了它們?cè)诶苯酚酌缦屡咻S插條不定根中的作用[22]。本研究發(fā)現(xiàn)在輕度干旱脅迫下,生長(zhǎng)素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中ARF基因Pepsico1_Contig30676.path1(ARF9)下調(diào),表達(dá)量較高;該基因在重度干旱脅迫下發(fā)生變化同輕度干旱脅迫;重度干旱脅迫下Pepsico1_Contig 15350.path2(ARF9)表達(dá)上調(diào),可能為該通路中響應(yīng)干旱脅迫的關(guān)鍵基因。

關(guān)于ABA的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路對(duì)非生物脅迫的研究已有較多的報(bào)道,本研究發(fā)現(xiàn)燕麥在重度干旱脅迫下,ABA信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路共富集27個(gè)DEGs,主要為PP2C和SnRK2。PP2Cs(2C type protein phosphatases)是一種單體絲氨酸/蘇氨酸蛋白磷酸酶,在真核生物中,PP2Cs在ABA、JA、SA等激素信號(hào)傳導(dǎo)途徑中起著重要的調(diào)控作用[23]。對(duì)花生中35個(gè)受鹽脅迫誘導(dǎo)表達(dá)的PP2C研究發(fā)現(xiàn),絕大多數(shù)PP2C基因的啟動(dòng)子存在多種脅迫響應(yīng)元件,如與干旱誘導(dǎo)相關(guān)的MYB轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合[24]。從小麥中克隆了第一個(gè)PP2C基因TaPP2C59,實(shí)時(shí)熒光定量PCR分析表明,該基因的表達(dá)顯著受ABA、低溫和高鹽脅迫抑制,因此,胡 偉等[25]推測(cè)TaPP2C59可能作為負(fù)調(diào)控因子參與ABA信號(hào)及非生物逆境脅迫應(yīng)答。本研究發(fā)現(xiàn)在重度干旱脅迫下14個(gè)PP2C基因表達(dá)均顯著上調(diào),其中MSTRG.2451(PP2C51)表達(dá)量相對(duì)高。SnRK2是ABA信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中的正調(diào)控因子,廣泛參與了植物的生長(zhǎng)發(fā)育和非生物脅迫等多種信號(hào)的應(yīng)答反應(yīng),從番茄中分離了3個(gè)SnRK2基因,并進(jìn)行克隆驗(yàn)證,發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因植株呈葉片早衰的現(xiàn)象[26]。本研究表明重度干旱脅迫下,燕麥ABA信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑10個(gè)SnRK2顯著富集,其中Pepsico1_Contig22851. path2(SAPK8)和Pepsico1_ Contig11915. path2(SAPK8)基因表達(dá)顯著上調(diào),且表達(dá)量較高。ABF(ABRE binding factors)轉(zhuǎn)錄因子是能夠特異識(shí)別ABA響應(yīng)元件(ABA-responsive element,ABRE)的一類(lèi)堿性亮氨酸拉鏈蛋白,參與調(diào)控ABA響應(yīng)基因的表達(dá),在植物響應(yīng)非生物脅迫的過(guò)程中具有重要作用[27]。轉(zhuǎn)錄因子基因SiABF3在干旱脅迫初期的快速表達(dá)可能與谷子抗旱性有著緊密的聯(lián)系[28]。 本研究表明,在重度干旱脅迫下,2個(gè)ABF表達(dá)上調(diào),但表達(dá)量較小。 因此認(rèn)為 2個(gè)SnRK2為響應(yīng)重度干旱脅迫的關(guān)鍵基因。

細(xì)胞分裂素在植物生長(zhǎng)發(fā)育和抵御環(huán)境脅迫過(guò)程中均扮演著重要的角色,其信號(hào)是由細(xì)胞分裂素受體組氨酸激酶、組氨酸磷酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(HPs)以及反應(yīng)調(diào)節(jié)因子組成的復(fù)雜的雙元組分系統(tǒng)進(jìn)行傳遞的[29]。CRE1是細(xì)胞分裂素受體,本研究表明,輕度干旱脅迫下,2個(gè)CRE1基因表達(dá)下調(diào),表達(dá)量較高,可能為響應(yīng)輕度干旱脅迫關(guān)鍵基因;重度干旱脅迫下,7個(gè)CRE1和5個(gè)AHP表達(dá)發(fā)生顯著變化,其中2個(gè)CRE1基因Pepsico1 _Contig30644.path2(HK3)和Pepsico1_Contig17818. path2(HK3)表達(dá)上調(diào),且表達(dá)量較高,可能為該信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中響應(yīng)重度干旱脅迫的關(guān)鍵基因。

當(dāng)油菜素甾醇存在時(shí),其可與BRI1和BAK1的胞外結(jié)構(gòu)域結(jié)合,激活后的BRI1磷酸化激活BSKs,BSKs通過(guò)蛋白互作激活BSU1,激活的BSU1可去磷酸化失活負(fù)調(diào)元件BIN2, 從而解除BIN2對(duì)下游轉(zhuǎn)錄因子BZR1的磷酸化抑制,非磷酸化的BZR1進(jìn)入細(xì)胞核調(diào)控[30]。本研究表明重度干旱脅迫下,該通路中的4個(gè)基因均顯著下調(diào)。At XTH23的缺失賦予了擬南芥植株抗冷性、干旱及ABA敏感性,而在突變體Atxth23中恢復(fù)表達(dá)大豆同源基因Gm XTH22后的恢復(fù)植株可以緩解突變體擬南芥的這些響應(yīng)脅迫的表型[31]。本研究發(fā)現(xiàn),重度干旱脅迫下,10個(gè)TCH4基因表達(dá)發(fā)生顯著變化,其中MSTRG.60886(XTH22)表達(dá)最高。

番茄PR-1和PR-5基因主要在衰老葉片、B期果實(shí)和根部表達(dá),干旱抑制了這兩個(gè)基因的表達(dá),復(fù)水和乙烯誘導(dǎo)其表達(dá)[32]。本研究發(fā)現(xiàn)在重度干旱脅迫下8個(gè)NPR1發(fā)生顯著變化,其中7個(gè)表達(dá)下調(diào);重度干旱脅迫下4個(gè)PR-1表達(dá)均顯著上調(diào)。HAC和NPR1形成一個(gè)共激活復(fù)合物,并在SA信號(hào)后通過(guò)TGAs被招募到PR染色質(zhì),最后HAC-NPR1-TGA復(fù)合物通過(guò)組蛋白乙?；閷?dǎo)的表觀遺傳重編程激活PR轉(zhuǎn)錄[33]。本研究發(fā)現(xiàn)在重度干旱脅迫下 2個(gè)TGA,Pepsico1_ Contig13131.path2(TGAL6)和Pepsico1_Contig 23941. path1(TGAL6)表達(dá)量較NPR1和PR-1高,因此認(rèn)為上述2個(gè)基因可能為該通路響應(yīng)重度干旱脅迫的關(guān)鍵基因。

ET是植物生理的關(guān)鍵元素,因此ET的研究對(duì)基礎(chǔ)研究和農(nóng)業(yè)都具有重要意義[34]。克隆芒果乙烯受體ETR1和ERS1基因(Mi ETR1和Mi ERS1),并進(jìn)行生物信息學(xué)分析,結(jié)果表明ET受體在芒果成熟和衰老過(guò)程中發(fā)揮調(diào)控作用[35]。ET信號(hào)通路轉(zhuǎn)錄因子EIL1能夠阻礙生長(zhǎng)素從果柄向子房運(yùn)輸,授粉受精或下調(diào)表達(dá)EIL1均能解除這種阻礙,提高子房IAA水平,形成果實(shí)[36]。在突變體中,EIL1基因顯著表達(dá),ET含量增加,影響部分根區(qū)干燥下ABA 信號(hào)傳導(dǎo)[37]。本研究發(fā)現(xiàn)重度干旱脅迫誘導(dǎo)燕麥ET信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中ETR基因Pepsico1_ Contig16364.path2(ERS1)表達(dá)顯著上調(diào),EIN3基因Pepsico1_Contig30011.path2(EIL1A)表達(dá)顯著下調(diào),且上述2個(gè)基因表達(dá)量較高,可能為響應(yīng)重度干旱的關(guān)鍵基因。

4 結(jié)論

本研究分析了干旱脅迫對(duì)燕麥轉(zhuǎn)錄組的影響,輕度干旱脅迫下,所有代謝通路沒(méi)有發(fā)生顯著變化,而重度干旱脅迫下,24條代謝通路顯著富集DEDs,其中環(huán)境信息過(guò)程只有1個(gè)代謝途徑顯著變化,為植物激素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路,其中以IAA和ABA信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路表達(dá)顯著變化的基因數(shù)量較多,在重度干旱脅迫下,篩選出表達(dá)量較高的基因12個(gè),分別為Pepsico1_Contig30676.path1、Pepsico1_Contig15350.path2、MSTRG.2451(PP2C51)、Pepsico1_Contig22851.path2(SAPK8)、Pepsico1_Contig11915.path2(SAPK8)、Pepsico1_Contig30644.path2(HK3)、Pepsico1_Contig17818.path2(HK3),MSTRG.60886(XTH22)、Pepsico1_Contig13131.path2、Pepsico1_Contig23941.path1(TGAL6)、Pepsico1_Contig16364.path2(ERS1)和Pepsico1_Contig30011.path2(EIL1A),可能為植物信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路響應(yīng)干旱脅迫的關(guān)鍵基因。