基于WGCNA的凉粉草高温胁迫响应关键模块与基因鉴定及其分子机制研究

为解决凉粉草(Platostoma palustre)在高温胁迫(HTS)下生长受限的难题，广西药用植物园等机构研究人员通过转录组测序和WGCNA分析，鉴定出14个共表达模块和61个枢纽基因（如NAC、USP7、KSL5等），揭示了苯丙烷生物合成、植物激素信号转导等通路在高温响应中的作用，为耐热品种选育提供分子靶点。

　　

随着全球气候变暖加剧，高温胁迫已成为影响农作物产量的主要非生物胁迫因素之一。凉粉草(Platostoma palustre)作为我国重要的药食两用植物，其主产区常遭遇夏季高温，导致生长抑制和产量下降。然而，关于凉粉草响应高温胁迫的分子机制尚未见报道。这一研究空白严重制约了耐热品种的选育工作。

针对这一问题，广西药用植物园国家中医药传承创新中心等机构的研究人员Xiufang Li、Wei Fan和Danfeng Tang*团队，在《BMC Plant Biology》发表了题为"Identification of key modules and genes in response to high-temperature stress in Platostoma palustre based on WGCNA"的研究论文。该研究选取广西(LSL)和广东(MDG)两个具有耐热性差异的凉粉草品种，通过比较生理学、转录组学和加权基因共表达网络分析(WGCNA)等技术，系统解析了凉粉草响应高温胁迫的分子机制。

研究主要采用以下技术方法：1) 高温胁迫处理(38°C/32°C vs 28°C/26°C)下测定生长和光合参数；2) Illumina NovaSeq X Plus平台进行转录组测序；3) DESeq2筛选差异表达基因(DEGs)；4) WGCNA构建共表达网络；5) qPCR验证枢纽基因表达。

高温胁迫影响凉粉草植株生长
研究发现高温显著抑制了两个品种的株高、地上部鲜重和根系鲜重，其中LSL的降幅(52.66%)大于MDG(26.71%)。高温仅导致LSL的光合色素(Chla、Chla+b、Car)含量下降35.02%-33.26%，而MDG保持稳定，表明MDG具有更强的耐热性。

转录组特征与差异表达基因
RNA-seq获得89.41 Gb清洁数据，组装94,903个unigenes。高温胁迫下，LSL(8,352上调/9,201下调)比MDG(5,433上调/6,325下调)产生更多DEGs。共有2,655个DEGs在三个比较组中共同响应高温。

枢纽基因与关键通路
WGCNA鉴定出14个模块，其中：

• 棕色模块与株高、地上部鲜重显著相关(r=-0.93)，包含过氧化物酶51-like(TRINITY_DN34017_c0_g1)等19个枢纽基因
• 绿黄模块与光合色素正相关(r=0.79)，包含UDP-葡萄糖醛酸差向异构酶(GAE1)等7个枢纽基因
  KEGG分析显示苯丙烷生物合成、二萜生物合成、植物激素信号转导等通路显著富集。

分子机制解析
研究发现：1) NAC转录因子可能通过调控过氧化物酶基因表达增强抗氧化能力；2) 二萜合成关键酶KSL5的上调可能通过调节赤霉素含量抑制株高；3) 类黄酮生物合成通路中UGT73A13和5MaT1的激活可能增强耐热性；4) 普遍应激蛋白USP7的表达升高与胁迫响应直接相关。

该研究首次在转录组水平揭示了凉粉草响应高温胁迫的分子网络，鉴定的61个枢纽基因为耐热育种提供了分子标记。特别是发现MDG品种通过维持光合系统稳定性和激活特定代谢通路(如类黄酮合成)实现耐热性，这一发现对指导南方地区凉粉草品种选育具有重要实践价值。研究建立的WGCNA分析策略也可为其他药用植物的抗逆机制研究提供方法学参考。