比较转录组分析揭示了水稻基因型耐热性背后的代谢途径和糖信号传导机制

《Journal of Plant Growth Regulation》：Comparative Transcriptome Analysis Uncovers Metabolic Pathways and Sugar Signalling Mechanisms Underpinning Heat Stress Tolerance in Rice Genotypes

高温胁迫对水稻生理影响及耐热基因机制研究。两个水稻品种NL-44（耐热）与Uma（敏感）在38-40℃胁迫下，NL-44的气孔导度、光合速率等生理指标降幅更小。RNA测序显示NL-44有6034个差异基因，其中1939基因上调，而Uma为4831个差异基因。共享的6733个差异基因中，NL-44的基因功能富集于丙酮酸、丙酸等代谢通路，且OsTOR和OsHXK2糖信号基因表达显著上调。

　　

摘要

高温是限制水稻生长、生理过程和作物产量的主要非生物因素。因此，了解其遗传机制并鉴定与高温耐受性相关的新基因对于培育具有气候适应性的水稻品种至关重要。在本研究中，使用了两种对高温胁迫具有不同耐受性的水稻基因型——NERICA-L-44（NL-44）和Uma——来评估它们在38–40°C高温条件下的生理反应及差异表达基因。与高温敏感品种Uma相比，耐高温的NL-44在气孔导度、光合速率、电子传递速率、Fv/Fm（光化学效率）、细胞膜稳定性和花粉活力方面的下降幅度最小。在幼苗期30天时进行的比较RNA测序显示，NL-44有6034个差异表达基因，而Uma有4831个差异表达基因；同时，NL-44和Uma之间有6733个基因是共有的。在NL-44中，1939个基因上调，4794个基因下调；而在Uma中，共有差异表达基因中，有1899个基因上调，4834个基因下调。通过基因本体论（GO）分析、京都基因与基因组百科全书（KEGG）富集及通路分析发现，耐高温基因型中的差异表达基因主要富集在丙酮酸、丙酸、乙醛酸和二羧酸代谢相关通路中，这些通路与非生物胁迫条件下葡萄糖合成过程（如糖异生）存在关联。在灌浆期对糖信号基因的表达研究显示，耐高温品种NL-44中OsTOR和OsHXK2的表达水平升高。这些发现为未来研究水稻对高温的适应机制奠定了基础。