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小麦常受干旱胁迫影响产量与品质。研究人员对不同耐旱性小麦幼苗进行转录组和代谢组分析。结果显示，耐旱品种 T13 积累黄酮类和酚酸，不耐旱品种 T2 积累生物碱。该研究为培育耐旱小麦品种提供依据。
在全球粮食生产的大舞台上，小麦作为重要的主食作物，却常常面临着干旱的严峻挑战。干旱就像一个无情的 “掠夺者”，肆意削减着小麦的产量，降低其品质，严重威胁着国际粮食安全。随着全球气候变暖，干旱发生的频率和强度不断增加，这一问题愈发凸显。过往的研究虽然对作物应对干旱胁迫的机制有所探索，但由于品种差异和实验条件不同，结果往往参差不齐，甚至相互矛盾，使得我们对小麦耐旱机制的理解仍存在诸多空白。因此，深入探究小麦应对干旱胁迫的内在机制，挖掘关键的耐旱因子，成为了培育耐旱小麦品种、保障粮食供应稳定的关键所在。
为了揭开小麦耐旱机制的神秘面纱，河北省农林科学院粮油作物研究所的研究人员展开了一项极具意义的研究。他们精心挑选了普通小麦品种冀麦 325（Jimai 325）及其两个经 EMS 诱变产生的突变体 —— 耐旱突变体 T13 和干旱敏感突变体 T2 作为实验材料。通过转录组和代谢组联合分析，对不同耐旱性小麦幼苗在干旱胁迫下的基因表达和代谢物积累变化进行了深入剖析。研究结果发表在《BMC Plant Biology》上，为我们理解小麦耐旱机制带来了新的曙光。
在这项研究中，研究人员主要运用了转录组测序、代谢组分析以及 qRT-PCR 验证等关键技术。转录组测序用于检测干旱胁迫下不同小麦品种基因表达的差异；代谢组分析则聚焦于代谢物的变化情况；qRT-PCR 验证进一步确保了转录组数据的可靠性。
转录组分析
研究人员对冀麦 325（CK）、干旱敏感突变体（T2）和耐旱突变体（T13）的小麦幼苗进行转录组分析。去除低质量 reads 后，获得了高质量的转录组数据。主成分分析（PCA）显示，耐旱组、对照组和干旱敏感组之间基因表达谱差异显著。通过分析差异表达基因（DEGs），发现不同比较组中存在大量 DEGs，且耐旱品种和敏感品种在干旱胁迫下基因表达谱差异明显，各自具有独特的干旱响应机制。
GO 分类和 KEGG 富集分析
GO 分类分析将 DEGs 的功能分为生物过程、细胞成分和分子功能三大类，其中多个 GO term 与干旱胁迫耐受性和响应密切相关。KEGG 富集分析发现，不同比较组中富集的 KEGG 途径有所不同，表明耐旱和敏感幼苗在干旱胁迫下激活的分子响应途径存在差异。
MAPK 信号通路和植物激素信号转导通路的 DEGs 分析
在 MAPK 信号通路和植物激素信号转导通路中，T2 中多数相关基因的表达高于 CK 和 T13，这表明 T2 在这两条通路中的响应更为强烈，但也暗示着干旱对 T2 的危害更大。
干旱胁迫下转录因子分析
研究人员对编码转录因子（TFs）的 DEGs 进行分析，发现多个 TF 家族在小麦干旱胁迫响应中发挥重要作用。qRT-PCR 验证结果显示，所选 TFs 的表达趋势与转录组数据一致，证实了转录组数据的可靠性。
小麦幼苗干旱胁迫下的代谢谱分析
通过 UPLC-MS/MS 系统对三个小麦品种进行广泛靶向代谢组分析，PCA 分析表明实验重复性良好，不同品种间代谢物谱存在显著差异。筛选出 128 种差异积累代谢物（DAMs），并对其进行分类和分析，发现不同比较组中 DAMs 的积累模式不同，耐旱品种 T13 积累黄酮类和酚酸，而敏感品种 T2 积累生物碱。
DAMs 的 K-means 分析
K-means 聚类分析将 DAMs 分为 7 个子类，其中 1 类和 5 类与耐旱性的关系最为密切。1 类中生物碱占比最大，其含量随耐旱性增加而减少；5 类中黄酮类和酚酸占近一半，其含量与耐旱性呈正相关。这进一步表明不同品种的干旱胁迫响应机制存在差异。
DAMs 的 KEGG 分析
KEGG 分析发现，多个代谢途径与小麦干旱胁迫响应相关，包括精氨酸和脯氨酸代谢、丙酮酸代谢等，这些途径可能在小麦应对干旱胁迫过程中发挥重要作用。
转录组和代谢组的整合分析
整合分析发现，DEGs 和 DAMs 在多个 KEGG 途径中共同富集。相关性分析表明，黄酮类和酚酸生物合成相关的基因与代谢物之间存在密切关联，且在耐旱品种 T13 中，相关基因的上调导致了黄酮类和酚酸的积累，这可能是 T13 耐旱的关键原因。
研究结论表明，黄酮类和酚酸的生物合成在小麦幼苗干旱胁迫响应中起着重要作用，其相关的 DAMs 和 DEGs 可能是造成小麦耐旱性差异的关键因素。这一研究成果不仅为我们全面理解小麦干旱胁迫响应机制提供了宝贵信息，也为培育耐旱小麦品种提供了重要的理论依据和潜在的分子靶点，有望助力解决全球粮食安全问题。
