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为探究水稻应对生物和非生物胁迫机制，研究人员开展 mGCE 分析，确定 5 个关键基因，为作物改良提供依据。
# 水稻抗逆关键基因的探索之旅：模块化基因共表达分析的重大突破
在全球粮食体系中，水稻占据着举足轻重的地位，它是全球近一半人口的主食。然而，水稻的生长却面临着重重挑战，生物和非生物胁迫如同两座大山，严重影响着水稻的产量和质量。非生物胁迫，如干旱、盐碱，会让水稻细胞受损，生理代谢紊乱；而生物胁迫，像稻瘟病、东格鲁病毒病，更是能让水稻大幅减产。在马来西亚，海水倒灌引发的盐碱化问题，曾致使大量稻田受灾，稻瘟病和东格鲁病毒病也频繁肆虐，给当地水稻种植业带来了巨大损失。
为了应对这些严峻挑战，来自马来西亚国民大学（Universiti Kebangsaan Malaysia）等机构的研究人员展开了深入研究。他们的研究成果发表在《Scientific Reports》上，为我们揭示了水稻应对生物和非生物胁迫的关键机制，为提高水稻抗逆性带来了新的希望。
研究人员主要采用了模块化基因共表达（mGCE）分析技术，同时结合基因集富集分析（GSEA）、过表达分析（ORA）、蛋白 - 蛋白相互作用（PPI）网络构建以及 Maximal Clique Centrality（MCC）算法等多种方法。他们从 Gene Expression Omnibus 数据库获取了干旱、盐碱、东格鲁病毒和稻瘟病菌相关的微阵列数据集，为后续研究提供了丰富的数据基础。
模块化分析结果
研究人员利用 mGCE 分析，在干旱、盐碱、东格鲁病毒和稻瘟病菌处理的水稻样本中，分别鉴定出了 11、12、46 和 14 个模块。在干旱模块中，M4 和 M11 在耐旱品种中活性上调，M7 和 M9 在感旱品种中上调；盐碱模块里，粳稻品种对盐胁迫响应明显，M2 模块基因数最多且在粳稻中上调显著；东格鲁病毒处理下，抗性品种 TW16 多数模块上调，M15 上调幅度最大；稻瘟病菌处理时，抗性组 M2 和 M11、感病组 M6 和 M14 呈现上调趋势。
过表达分析发现
通过 ORA 分析，研究人员发现干旱模块基因与应对水剥夺、盐胁迫、脱落酸（ABA）刺激及信号传导相关；盐碱模块基因涉及对生物刺激、真菌的响应和萜类代谢过程；东格鲁病毒模块基因参与锰离子结合、非生物刺激响应；稻瘟病菌模块基因与根系发育、抗真菌防御有关。
关键枢纽基因确定
研究人员利用 MCC 算法，从各模块中筛选出关键枢纽基因。整合分析发现，RPS5、PKG、HSP90、HSP70 和 MCM 这 5 个基因在至少两种不同胁迫条件下发挥重要作用。例如，RPS5 参与干旱和稻瘟病菌胁迫响应，HSP90 涉及干旱和东格鲁病毒胁迫，MCM 在盐碱和东格鲁病毒胁迫中起作用等。
基因表达验证结果
研究人员通过 RT-qPCR 对这 5 个关键基因进行验证，发现它们在不同胁迫条件下的表达模式各异。RPS5 在干旱和稻瘟病菌感染时表达量大幅增加；PKG 在稻瘟病菌感染初期表达上升，盐碱处理时表达先降后升；HSP70 在盐碱胁迫下表达量较高，东格鲁病毒感染时表达呈先降后升趋势；HSP90 在干旱初期和东格鲁病毒感染后期表达显著增加；MCM 在盐碱和东格鲁病毒胁迫下表达上调。
研究结论与意义
该研究通过 mGCE 分析，深入挖掘了水稻应对生物和非生物胁迫的关键基因。研究发现的 5 个关键基因 RPS5、PKG、HSP90、HSP70 和 MCM，在多种胁迫响应中发挥重要作用，它们可能成为提高水稻抗逆性的关键靶点。这一研究成果为深入理解水稻抗逆机制提供了理论依据，有助于开发新的水稻品种，提高水稻在复杂环境下的产量和质量，对保障全球粮食安全具有重要意义。
不过，研究也存在一定局限性，后续还需更多实验进一步验证这些基因在联合胁迫下的功能。但总体而言，这项研究为水稻抗逆研究开辟了新方向，让我们朝着培育更具抗逆性的水稻品种又迈进了一步。
