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在全球气候变暖背景下，欧洲森林受影响严重，海岸松（Pinus pinaster Ait.）也出现衰退现象。研究人员开展 “温度诱导海岸松胚胎转录组变化对衍生植株表型影响” 的研究，发现温度影响基因表达和植株表型，为育种提供理论依据。
全球气候变暖给欧洲森林带来了巨大挑战，大面积森林出现退化现象。其中，海岸松作为南欧重要的树种，虽有一定适应性，但在人类活动和气候变化的双重压力下，也面临着诸如落叶、自然更新困难等问题。为了培育更适应环境变化的海岸松品种，研究环境因素对其胚胎发育过程中基因表达的影响就显得尤为重要。来自西班牙多所大学（包括巴伦西亚大学、萨拉戈萨大学等）的研究人员，针对这一问题展开了深入研究。他们发现，温度变化会导致海岸松胚胎转录组发生改变，进而影响衍生植株的表型，这一成果为海岸松的育种工作提供了重要的理论基础，相关研究发表在《BMC Genomics》上。
研究人员主要运用了 RNA 测序（RNA-seq）技术对不同温度处理下的海岸松胚胎悬浮细胞团（EMs）进行转录组分析；通过实时荧光定量 PCR（qPCR）技术对差异表达基因（DEGs）进行验证；还利用生物信息学方法进行转录组组装、功能注释以及差异表达分析等。
实验材料及处理
研究选用了来自加利西亚树木育种计划中不同母树的海岸松未成熟球果分离出的大配子体诱导产生 EMs。诱导和增殖阶段在 28°C 进行，成熟阶段则将 EMs 分别置于 18°C、23°C 和 28°C 条件下培养，产生不同的表观型（epitypes），5 周后取样用于后续研究。
转录组分析相关结果
- 转录组组装与注释：对样本 RNA 进行测序后，经质量过滤和从头组装，得到了包含 57,054 条转录本、37,919 个基因的转录组。通过多种数据库进行功能注释，为后续分析提供了基础。
- 差异表达基因分析：鉴定出 812 个差异表达基因（DEGs），这些基因的表达模式受基因型和成熟温度影响。18°C 和 28°C 培养的 EMs 中基因表达模式相反，23°C 培养的则呈中间状态。GO 富集分析显示，这些 DEGs 主要参与核小体组装、蛋白质生物合成、细胞呼吸调节等过程。
温度对不同基因调控的影响
- 胚胎发育调控基因：研究发现温度变化未影响 EMs 的成熟阶段，所检测的胚胎发育调控基因（如 WOX、KNOX、LEC1 等家族基因）在不同表观型间表达率无显著差异。
- 表观遗传修饰调控基因：在与表观遗传修饰相关的基因中，10 个基因在 18°C 和 28°C 表观型间存在差异表达。低温（18°C）下，这些基因表达上调，包括编码组蛋白、组蛋白甲基转移酶、组蛋白去乙酰化酶等的基因。qPCR 验证了部分基因的表达差异，表明低温诱导的这些表观遗传标记可能影响植株的表型。
- 胁迫响应调控基因：在 28°C 培养的 EMs 中，有 277 个基因相对于 18°C 显著上调，其中 20 个基因与细胞应激反应、植物激素代谢等相关。如编码 Ras GTPase 激活蛋白结合蛋白（G3BPs）、AAA - ATPase、天冬氨酰蛋白酶（APF2）等的基因，这些基因参与了 ABA 介导的信号通路、干旱胁迫响应等过程。
研究结论与讨论
研究表明，改变体细胞胚胎成熟早期的温度会导致冷、热表观型的转录组发生显著变化。低温诱导的表观遗传记忆可能通过组蛋白和 DNA 甲基化标记以及翻译后修饰来调节基因转录，这与之前报道的冷表观型衍生植株对热胁迫的适应性增强相关。而热表观型中与非生物胁迫响应相关的基因上调，但热表观型衍生植株中 ABA 和细胞分裂素含量的变化不能完全由 EMs 转录组解释。这些研究结果为揭示针叶树适应非最佳温度的分子机制提供了重要线索，有助于进一步研究表观遗传标记影响的具体基因，以及热耐受诱导表型的长期稳定性，为增强海岸松在气候变化背景下的适应性提供了稳定的分子基础。
