鹰嘴豆属栽培种与野生种冷冻胁迫响应的比较转录组解析：钙信号与ICE-CBF通路的进化适应

《Scientific Reports》：Comparative transcriptome profiling reveals molecular mechanisms of freezing stress responses in cultivated and wild Cicer species

本研究针对鹰嘴豆低温胁迫导致减产的问题，通过比较冷敏感栽培种（ILC533）、耐冷栽培种（ILC8262）及野生近缘种（C. bijugum、C. reticulatum、C. echinospermum）的转录组，揭示野生种通过激活钙信号（GLR3.3、CBL-CIPK、CDPKs）、MAPK级联和ICE-CBF-COR通路等关键分子机制，显著增强冷冻耐受性。研究为抗寒育种提供了新靶点和基因组资源（如8659个SSRs和232,271个SNPs），对提升鹰嘴豆气候适应性具有重要意义。

　　

在全球气候变化背景下，低温胁迫已成为制约鹰嘴豆（Cicer arietinum L.）产量的关键因素。尽管秋播能显著提高产量（增幅达60%-100%），但栽培种普遍缺乏耐寒性，遭遇冬季冻害或春季倒春寒时减产可达40%。与之形成鲜明对比的是，鹰嘴豆的野生近缘种（如C. bijugum、C. reticulatum等）表现出卓越的冷冻耐受能力，然而其分子调控机制长期未被系统解析。为破解这一难题，来自土耳其埃尔吉耶斯大学等机构的研究团队在《Scientific Reports》发表了最新研究，通过比较转录组学揭示了野生种应对冷冻胁迫的独特策略。

为深入探究这一现象，研究团队选取冷敏感栽培种ILC533、耐冷栽培种ILC8262以及三种野生种（C. bijugum、C. reticulatum、C. echinospermum），在模拟冷冻胁迫（-6°C处理2小时）条件下进行RNA测序。实验采用幼苗低温驯化程序（逐步降温至4°C维持4天），并通过qRT-PCR验证数据可靠性。关键技术包括：Illumina HiSeq 4000平台进行转录组测序、Trinity软件进行de novo组装、edgeR分析差异表达基因（DEGs），同时利用GO与KEGG数据库进行功能注释，并开发SSR和SNP分子标记。

转录组图谱揭示野生种响应广度

研究共生成13.8亿条高质量序列，组装获得181,756个转录本和56,556个unigenes。冷冻胁迫下，各物种DEGs数量介于9,921-11,149之间，其中野生种C. bijugum和C. reticulatum分别拥有2,492和1,766个物种特异性DEGs，远高于栽培种（如ILC533仅661个）。PCA分析显示野生种与栽培种转录响应显著分离，表明野生种具有更动态的基因调控网络。

钙信号与MAPK通路的物种特异性调控

野生种显著激活了钙离子感知系统：GLR3.3通道基因在所有物种中均上调；CML18/19/30仅在C. reticulatum中特异性诱导；CBL-CIPK模块中，CIPK4在所有物种中上调，而CIPK9普遍下调，但在C. reticulatum中降幅最小。MAPK通路关键基因（如MEKK1、MKK1/2）普遍被抑制，但MPK3在C. bijugum中上调，提示其可能通过抑制MPK3/6以稳定ICE1蛋白，间接增强CBF通路活性。

ICE-CBF-COR通路的差异化表达

CBF3/DREB1A在栽培种ILC533和部分野生种中下调，但DREB1E在所有物种中显著上调。COR基因家族成员如COR413PM1和LTI65在野生种中诱导强度更高，而COR410普遍下调。值得注意的是，C. bijugum拥有最多特异性激活的转录因子（1,202个），包括bHLH、NAC、ERF等家族，这些因子可能通过CBF非依赖途径协同增强耐寒性。

基因组资源开发与验证

研究还鉴定出8,659个SSR标记（以三核苷酸重复为主）和232,271个高置信SNPs，其中54.5%的SSR标记在野生种中具多态性。qRT-PCR验证了9个冷响应基因的表达趋势，证实RNA-seq数据的可靠性。

本研究首次系统比较了鹰嘴豆栽培种与野生种的冷冻胁迫转录组，揭示野生种通过强化钙信号传导、精细调控MAPK-ICE1-CBF轴以及激活特异性转录因子网络，实现高效冷冻适应。这些发现不仅深化了对植物低温应答机制的理解，更为分子育种提供了关键靶点（如CIPK4、GLR3.3等）和大量分子标记（SSRs/SNPs），为培育抗寒高产鹰嘴豆品种奠定了理论基础。