野生和栽培仙人掌的差异基因表达揭示了它们在应对压力环境时所采用的多种代谢途径

《Annals of Botany》：Differential gene expression in wild and cultivated cacti reveals diverse metabolic pathways for stressful environments

基因表达可塑性与环境适应研究：在仙人掌属五种物种中，比较野外与温室条件下发现，野生环境显著上调应激响应和防御相关基因表达，而温室条件下代谢调节基因表达更显著，揭示物种通过基因表达塑性适应不同生境（如干旱、贫瘠土壤）。

　　

摘要

背景与目的

比较野外和园艺（人工栽培）环境对于理解植物生理学、表型可塑性和环境适应性的许多方面具有特别重要的意义。通过无性繁殖的物种为研究同一遗传材料在野生环境和受控环境中的基因表达变化提供了独特的机会。在这里，我们研究了属于仙人掌科（Cactaceae）Cereus属的五个目标物种的差异基因表达模式，这些物种分布在不同的生物群落中。所研究的物种包括Cereus jamacaru DC、C. calcirupicola Ritter、C. pierre-braunianus Esteves、C. hildmannianus K.Schum和C. fernambucensis Lem。

方法

从每种物种的三个成年个体中采集表皮组织，并将其与茎一起置于温室中，在标准化的土壤、光照、营养和浇水条件下进行培养。一年后，再次从相同的个体中采集表皮组织以提取RNA。对野生样本和人工栽培样本（共30个转录组）进行差异基因表达和共表达模式的分析。

主要结果

在野外条件下（WT）上调的基因主要与应激反应和防御途径相关，这与在人工栽培条件下表达的基因形成对比。在不同代谢途径中的基因表达可塑性突显了显著的环境响应，其中不同的模式与植物地理区域和特定生物群落的因素有关。

结论

Cereus属物种表现出显著的基因表达可塑性，其应激反应和代谢调控基因使其能够适应多种环境压力。这种灵活性凸显了它们在干旱和营养贫瘠生境中的生态和进化韧性。