小麦抗旱性关键lncRNA与靶基因的全基因组关联分析与转录组整合研究

本研究针对全球小麦生产面临的干旱胁迫挑战，通过整合334份小麦种质的全基因组关联分析(GWAS)与抗旱/敏基因型的转录组比较，鉴定出45个显著SNP位点、281个候选基因及21个干旱响应lncRNA。研究发现lncRNA XR_006461531通过lncRNA-miRNA-mRNA网络调控F-box基因TaFBX361，VIGS验证该基因对维持小麦干旱适应性的关键作用，为解析非编码RNA介导的作物抗旱机制提供了新靶点。

　　

干旱胁迫已成为威胁全球小麦生产的首要环境因素，预计到本世纪末约60%小麦种植区将面临严重缺水。作为养活着全球40%人口的主粮作物，小麦在幼苗期的抗旱能力与最终产量显著相关，但控制这一复杂性状的遗传网络仍不清晰。尤其值得关注的是，长链非编码RNA(lncRNA)在植物逆境响应中的调控作用逐渐被揭示，如拟南芥DRIR和水稻TCONS_00021861等lncRNA均能通过不同机制增强抗旱性，然而小麦中相关研究仍属空白。与此同时，泛素-蛋白酶体系统中的F-box蛋白家族（如拟南芥DROUGHT TOLERANCE REPRESSOR和水稻OsFBX257）虽被证实参与干旱响应，但绝大多数成员的功能机制尚未阐明。

为破解这些科学难题，浙江大学研究人员在《Plant Physiology and Biochemistry》发表最新成果。研究团队首先对334份小麦种质进行表型组分析，测定干旱胁迫下幼苗干重等指标；通过GWAS筛选显著关联SNP及候选基因；结合抗旱/敏基因型W147与W201的RNA-seq数据鉴定差异表达lncRNA与mRNA；构建共表达网络预测lncRNA-靶基因互作；最后采用病毒诱导基因沉默(VIGS)技术验证关键基因功能。

植物材料与生长条件
采用中澳来源的334份小麦种质，通过水培-气旱实验系统量化幼苗干重等表型。结果显示干旱胁迫下小麦群体呈现显著遗传变异，相对干重变异系数达28.3%，为GWAS提供理想材料。

表型变异与GWAS分析
GWAS鉴定出45个显著SNP(-log₁₀(p) > 3.5)，其中3A染色体IWB23358和IWB11224位点与相对干重关联最强。候选基因富集分析揭示泛素介导的蛋白降解通路显著激活，包含12个F-box家族基因。

多组学整合与lncRNA调控网络
转录组分析发现821个差异基因与21个lncRNA构成共表达模块。引人注目的是，lncRNA XR_006461531与GWAS共定位基因TaFBX361存在潜在互作，生物信息学预测其通过"分子海绵"机制吸附miRNA调控靶基因表达。

TaFBX361功能验证
VIGS沉默TaFBX361导致植株生物量降低37.2%，丙二醛含量增加2.1倍，证实该基因通过减轻氧化损伤正向调控抗旱性。进一步分析表明TaFBX361可能通过SCF复合体参与ABA信号转导。

这项研究首次系统揭示了小麦lncRNA与编码基因协同抗旱的分子模块，突破性地将GWAS定位与转录调控网络相结合。发现TaFBX361作为F-box蛋白家族新成员，通过泛素化途径调控蛋白质稳态从而增强抗旱性，为分子设计育种提供了"基因-标记"双维度靶点。研究建立的lncRNA筛选体系为解析其他复杂农艺性状的非编码调控机制提供了范式。值得注意的是，作者指出约68%的候选基因功能尚未明确，建议未来通过基因编辑等手段开展规模化验证。这些发现对保障粮食安全具有战略意义，尤其为气候变化背景下的抗旱育种提供了原创性理论支撑。