协同应激记忆：关键的基因组热点通过调节代谢和防御途径，增强小麦在寒冷和缺水条件下的抗性

《Plant and Soil》：Synergistic stress memory: key genomic hotspots enhance wheat under cold and water deficit through soil-conditioned priming of metabolic and defense pathways

本研究通过生理生化及遗传分析，揭示小麦经联合水分胁迫和低温处理后，代际和跨代耐逆性记忆的形成机制及增益效应，发现染色体1A、2B、4D上的关键基因调控ABA信号、低温适应和染色质重塑，为培育气候适应性强的小麦品种提供理论依据。

　　

摘要

目的

气候变化加剧了诸如水分不足和寒冷等非生物胁迫的频率和严重程度，给全球小麦生产带来了重大挑战。本研究通过整合生理学、生物化学和遗传学分析，探讨了先前经历水分不足和寒冷共同作用后小麦如何形成代内和代际的胁迫记忆，并量化了这种记忆对后代耐受性的影响。

方法

我们评估了111个小麦基因型在多个世代中的表现，以检测关键性状的变化，包括叶绿素含量、脯氨酸积累、抗氧化活性和生长参数。

结果

一次同时经历寒冷和水分不足的胁迫在受影响的代中引发了强烈的生物化学防御反应，但短期内导致了产量下降。重要的是，这种胁迫作用带来了可遗传的优势：后代保持了较高的保护性代谢物和抗氧化剂水平，每株植物的穗数增加了多达56%，籽粒重量比未受胁迫的对照组重43%。为了揭示这些与记忆相关的遗传基础，我们进行了全基因组关联分析，发现了显著的SNP-性状关联，这些关联区分了不同的基因型轨迹。其中一些基因型表现出稳定的、可遗传的耐受性提升。位于1A、2B和4D染色体上的关键位点与参与脱落酸信号传导、寒冷适应和染色质重塑的基因共定位，表明在反复胁迫下，这些位点协调调控了气孔调节、碳水化合物分配和转录重编程过程。

结论

这些结果为理解胁迫记忆的遗传控制机制提供了宝贵见解，并为培育能够抵御反复出现的非生物胁迫事件的气候适应性小麦品种奠定了基础。