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【编辑推荐】为阐明沙蒿（Artemisia sphaerocephala）干旱胁迫下的生理与分子机制，研究结合二代与三代测序技术对其全长转录组测序。发现干旱胁迫下 RPP、SOD、POD 等指标显著变化，且富集到植物激素信号转导等通路，为解析植物耐旱基因表达谱奠定基础。
干旱是制约全球植物生长与农作物产量的主要环境胁迫因素之一，其对植物的伤害涉及生理生化紊乱与分子机制失调。沙蒿（Artemisia sphaerocephala）作为我国西北干旱沙区重要的固沙先锋植物，虽已被证实具有极强的耐旱特性，但其综合耐旱的生理与分子机制尚不明确，且缺乏系统的转录组学研究。在此背景下，青海大学农牧学院的研究团队开展了相关研究，旨在揭示沙蒿响应干旱胁迫的关键基因与通路，为解析植物耐旱机制及耐旱基因资源挖掘提供理论依据。该研究成果发表于《BMC Plant Biology》。
研究采用二代测序（SGS）与三代测序（TGS，PacBio SMRT）结合的混合测序技术，对干旱胁迫及复水处理的沙蒿进行全长转录组分析，并同步测定其生理指标变化。主要技术方法包括：通过 PEG 模拟干旱胁迫处理沙蒿幼苗，设置对照（CK）、干旱 2 天（DS1）、4 天（DS2）、8 天（DS3）及复水（RW）组，采集叶片样本；利用 Illumina HiSeq 平台进行二代测序，PacBio SMRT 平台进行三代测序，结合 CD-HIT 软件进行转录本聚类与纠错；通过实时荧光定量 PCR（qRT-PCR）验证差异表达基因（DEGs）；运用 KEGG、GO 等数据库进行基因功能注释与通路富集分析。
生理指标变化分析
研究发现，干旱胁迫下沙蒿的质膜相对透性（RPP）、丙二醛（MDA）含量显著升高，复水后虽下降但仍高于对照，表明细胞膜系统受损。相对含水量（RWC）随胁迫加深持续下降，复水后恢复至对照水平，而叶绿素含量在胁迫及复水后均呈下降趋势，显示光合系统遭受不可逆损伤。抗氧化酶活性（SOD、POD、CAT）在胁迫初期无显著变化，随后迅速升高并在 DS2 或 DS3 达到峰值，复水后恢复至对照，表明其在清除活性氧（ROS）过程中发挥关键作用。渗透调节物质（脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白）含量随胁迫持续增加，复水后下降但脯氨酸仍高于对照，揭示其通过积累渗透保护物质维持细胞渗透压。
转录组测序与功能注释
混合测序共获得 7.2 亿条 Illumina clean reads 及 512,434 条 PacBio SMRT 序列，经纠错与聚类后得到 90,730 条非冗余全长转录本，平均长度 2991 bp，N50 为 3521 bp。功能注释显示，84,114 个单基因（92.71%）至少注释到一个数据库，其中 28,372 个在 7 大数据库中均有注释。GO 分类将基因分为生物过程（BP）、细胞组分（CC）、分子功能（MF）3 大类 56 个子类，KEGG 通路富集到 45 条通路，涉及代谢、环境信息处理等 6 大组。
差异表达基因与通路分析
干旱胁迫下共鉴定到 1000 个 DEGs，其中 DS1 vs CK、DS2 vs CK、DS3 vs CK 分别检测到 164、562、274 个 DEGs。GO 富集分析显示，DS2 组 DEGs 主要富集于细胞氨基酸代谢、羧酸代谢等生物过程，DS3 组则富集于跨膜转运活性等分子功能。KEGG 分析表明，DS1 组 DEGs 富集于乙醛酸和二羧酸代谢、氮代谢等通路；DS2 组显著富集于植物激素信号转导（如 ABA、生长素、茉莉酸信号通路）、淀粉和蔗糖代谢通路；DS3 组则主要涉及乙醛酸和二羧酸代谢及氮代谢。其中，植物激素信号转导通路中的关键基因（如 SnRK2、PP2C、ABF）、淀粉蔗糖代谢相关酶基因（如蔗糖合成酶、β- 淀粉酶）及氮代谢关键酶基因（如 GS、GOGAT）表达显著上调，与生理指标变化一致。
转录因子与 qRT-PCR 验证
研究鉴定到 2472 个转录因子（TFs），分属 77 个家族，其中 MYB（55 个）、AP2（32 个）、NAC（30 个）等家族在干旱胁迫下差异表达显著，提示其在调控耐旱基因表达中起重要作用。qRT-PCR 验证 10 个耐旱相关基因（如 P5CS、POD、SnRK2）的表达模式，与转录组数据呈中度相关（R2=0.7044），证实转录组结果可靠。
研究结论与意义
该研究首次系统揭示了沙蒿响应干旱胁迫的生理适应机制与转录组特征，发现抗氧化酶系统激活、渗透调节物质积累及植物激素信号转导、碳水化合物代谢、氮代谢等通路的协同作用是其耐旱的关键策略。研究结果不仅为解析沙蒿耐旱的分子基础提供了全面的转录组数据，也为挖掘植物耐旱基因资源、开展耐旱作物分子育种提供了新靶点。混合测序技术的应用克服了传统二代测序读长限制，为非模式植物的基因组学研究提供了高效方法，具有重要的方法论借鉴意义。
