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为探究扁穗牛鞭草（Hemarthria compressa）在淹水胁迫下的生理和分子响应机制，筛选耐淹关键基因，研究人员以耐淹品种 GY 和敏感品种 N1291 为材料进行研究。结果发现多个关键调控通路及 7 个潜在耐淹关键基因，为其耐淹品种选育提供理论依据。
在全球气候变化的大背景下，极端降雨事件愈发频繁，洪水肆虐。大量耕地受淹，严重威胁农作物生产与粮食安全，造成巨大经济损失。扁穗牛鞭草作为我国优质牧草资源，在畜牧业发展中占据重要地位。然而，频繁发生的淹水胁迫成为其生长的一大阻碍，严重影响产量与品质。此前，关于扁穗牛鞭草对淹水胁迫响应机制的研究十分有限，难以满足实际生产需求。为填补这一空白，深入揭示扁穗牛鞭草应对淹水胁迫的奥秘，西南大学等研究机构的科研人员展开了一项极具价值的研究，相关成果发表于《Scientific Reports》。
研究人员运用了多种关键技术方法。首先，对扁穗牛鞭草进行转录组测序，全面获取不同淹水时间下基因表达信息；接着，利用加权基因共表达网络分析（WGCNA）挖掘与淹水胁迫相关的基因模块和关键基因；此外，通过定量实时荧光定量聚合酶链式反应（qRT-PCR）对关键基因表达进行验证，确保研究结果的可靠性 。
生理变化研究
研究人员对耐淹品种 GY 和淹水敏感品种 N1291 的扁穗牛鞭草根进行研究，测定超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化物酶（POD）活性。结果显示，淹水胁迫下，GY 和 N1291 的 SOD 活性逐渐上升，且 GY 的 SOD 活性更高；GY 的 POD 活性先升后降，N1291 的 POD 活性则逐渐增加。这表明抗氧化酶系统在扁穗牛鞭草应对淹水胁迫中发挥着重要作用。
转录组测序与分析
对扁穗牛鞭草不同淹水时间的根进行转录组测序，共产生 403,903,531 对原始读段，过滤后获得 393,344,027 条高质量清洁读段。经组装得到 256,550 个单基因。进一步分析差异表达基因（DEGs），发现淹水 8 小时和 24 小时后，GY 和 N1291 中均出现大量 DEGs，且二者存在 383 个共同 DEGs。
加权基因共表达网络分析
利用 WGCNA 算法构建共表达网络，鉴定出 15 个基因表达模块。其中，蓝色、绿黄色、紫色和棕色模块与淹水胁迫样本显著相关。蓝色模块与 GY_0h 显著正相关，可能在 GY 淹水胁迫中起负调控作用；绿黄色和紫色模块分别与 N1291_24h 和 GY_24h 显著正相关，具有正调控功能。
GO 和 KEGG 富集分析
对关键模块进行基因本体（GO）和京都基因与基因组百科全书（KEGG）富集分析。GO 富集分析表明，4 个模块在能量代谢、生物合成和转移酶活性相关途径均有不同程度富集。KEGG 富集分析发现，植物激素信号转导、淀粉和蔗糖代谢、谷胱甘肽代谢、核糖体等途径显著富集，这些途径与扁穗牛鞭草根系对淹水胁迫的抗性和适应性密切相关。
关键基因网络构建与验证
研究人员在 4 个关键模块中鉴定出 7 个关键基因，并对其进行功能预测。通过 qRT-PCR 对部分关键基因和 DEGs 进行验证，结果显示与转录组测序结果高度相关，表明转录组数据可靠。
研究结论表明，淹水胁迫触发扁穗牛鞭草抗氧化酶系统，SOD 和 POD 活性显著增强。功能富集分析确定了多个重要调控途径，其中淀粉和蔗糖代谢途径在 GY 中更为显著，说明 GY 比 N1291 更耐淹。此外，研究还鉴定出 7 个与淹水胁迫相关的关键基因，多数与核糖体相关途径有关。
在讨论部分，研究人员深入探讨了各关键途径和基因的作用机制。抗氧化酶系统可有效清除活性氧（ROS），减轻淹水胁迫损伤；谷胱甘肽代谢途径通过激活相关基因，增强植物 ROS 清除能力；植物激素信号转导途径中，部分激素信号通路被激活，可能通过负调控激素水平提高耐淹性；淀粉和蔗糖代谢途径为植物提供能量，维持能量代谢平衡；关键基因可能参与程序性细胞死亡（PCD）过程，形成通气组织，增强根系气体交换，缓解淹水伤害。
综上所述，该研究初步揭示了扁穗牛鞭草根系对淹水胁迫响应的分子机制，挖掘出关键基因，为后续深入研究扁穗牛鞭草耐淹性奠定了坚实基础，也为耐淹品种的筛选和培育提供了重要理论依据，对提高扁穗牛鞭草在洪涝环境下的产量和品质具有重要意义 。
