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【编辑推荐】为解析圣奥古斯丁草抗旱分子机制，研究人员利用独立双亲群体验证抗旱相关 QTL，结合转录组分析差异表达基因。发现 24 个 QTL 及候选基因，涉及细胞壁组织等过程，为抗旱育种提供分子基础。
在全球水资源日益短缺的背景下，草坪草的抗旱性成为城市绿化与农业生产的关键挑战。圣奥古斯丁草（St. Augustinegrass）作为美国东南部广泛种植的暖季型草坪草，其抗旱性却相对较弱，而传统育种因缺乏对分子机制的深入理解进展缓慢。此前研究虽鉴定出多个抗旱相关数量性状基因座（QTL），但受限于低密度遗传图谱和环境影响，候选基因挖掘及标记辅助选择（MAS）应用受阻。因此，解析其抗旱的遗传基础与分子机制，成为突破育种瓶颈的关键。
为填补这一研究空白，美国北卡罗来纳州立大学（North Carolina State University）的研究团队开展了一项综合性研究。他们通过整合 QTL 定位与转录组分析，系统探究圣奥古斯丁草对水分胁迫的响应机制，相关成果发表在《BMC Plant Biology》。
研究采用的关键技术方法包括：①利用 XSA10098 与 XSA10127 杂交构建的伪 F?群体，通过 Illumina NovaSeq 测序进行基因分型，开发了包含 12,269 个单核苷酸多态性（SNP）标记的高密度连锁图谱，这是目前该物种密度最高的图谱；②在温室条件下进行两轮干旱胁迫试验，评估叶片萎蔫（LW）、绿色覆盖百分比（PGC）、相对含水量（RWC）等表型性状，并利用图像分析和曲线下面积（AUC）法量化胁迫进程；③对耐旱与敏感基因型进行转录组测序（RNA-Seq），结合基因本体论（GO）和京都基因与基因组百科全书（KEGG）通路分析差异表达基因（DEGs）；④通过整合 QTL 与转录组数据，筛选共定位的候选基因。
研究结果
1. 干旱相关性状的表型评估与 QTL 定位
两年温室试验表明，各表型性状在群体中呈现广泛变异和超亲分离。通过多 QTL 定位方法，共鉴定出 24 个 QTL，分布于 7 个连锁群（LG）。其中，连锁群 3、4、6、9 上的 QTL 与先前研究结果重叠，如 LG3 上的 QTL 与叶片萎蔫、绿色覆盖及恢复率等多个性状共定位，显示这些区域在抗旱性中具有重要作用。此外，同一连锁群上不同性状的 QTL 共定位现象（如 LG2 上的 PGC 与 AUPGCC）表明存在多效性或紧密连锁的遗传机制。
2. 转录组分析揭示基因型特异性响应机制
在敏感基因型中，干旱胁迫诱导 1965 个 DEGs（772 个上调，1193 个下调），而耐旱基因型中鉴定出 1005 个 DEGs（602 个上调，403 个下调）。GO 分析显示，耐旱基因型中脱落酸代谢、乙烯生物合成等胁迫响应过程显著富集，而敏感基因型中光合作用相关基因普遍下调。KEGG 通路分析发现，丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）信号通路在耐旱基因型中呈现上调与下调的动态平衡，而在敏感基因型中显著下调，提示其在信号传导中的关键作用。此外，淀粉与蔗糖代谢通路在敏感基因型中受损，可能影响渗透调节能力。
3. QTL 与转录组整合鉴定候选基因
通过共定位分析，在重叠 QTL 区域内筛选出 12 个 DEGs，涉及细胞壁组织（如内切葡聚糖酶）、光呼吸（丝氨酸羟甲基转移酶）、锌离子转运（锌转运蛋白）、活性氧（ROS）调控（富半胱氨酸跨膜蛋白）等多个生物学过程。例如，LG6 上的 LRR 受体样丝氨酸 / 苏氨酸蛋白激酶基因家族成员，可能通过脱落酸信号传导参与抗逆；LG9 上的锌转运蛋白基因在耐旱基因型中特异性表达，与玉米中耐旱相关的锌转运蛋白 4 功能一致。这些基因的表达模式差异表明，耐旱基因型通过维持细胞壁稳定性、增强离子平衡和抗氧化能力应对胁迫，而敏感基因型因相关通路基因下调导致胁迫响应缺陷。
结论与意义
本研究通过高密度连锁图谱构建、多环境 QTL 验证及转录组动态分析，系统揭示了圣奥古斯丁草抗旱性的遗传结构与分子网络。鉴定出的 QTL 重叠区域（如 LG3、9）和候选基因（如 LRR 激酶、锌转运蛋白）为标记辅助选择提供了可靠靶点，而转录组解析的 MAPK 信号通路与碳代谢调控机制，进一步阐明了耐旱性的关键调控节点。研究结果不仅为暖季型草坪草的抗旱育种提供了理论基础，也为禾本科植物的胁迫响应机制研究提供了跨物种参考。未来可通过功能验证与基因组编辑技术，加速抗旱品种的培育，助力节水型生态系统的构建。
