高温胁迫下豌豆未受精花转录组图谱解析：基因调控网络与耐热机制研究

针对高温胁迫导致豌豆生殖发育障碍的产业难题，研究人员通过对比耐热品种Arka Chaitra(AC)与敏感品种Matar Ageta(MA)的形态生理特征及花粉活力，结合RNA-Seq技术解析转录组差异，发现AC品种通过上调热休克转录因子(HSFs)和热休克蛋白(HSPs)表达，显著富集花粉发育、质体形成等GO通路，为豌豆耐热育种提供关键靶点。

　　

随着全球气候变暖加剧，高温胁迫已成为制约豌豆(Pisum sativum)生产的主要环境因素。研究表明，温度超过35°C持续7天即可导致豌豆花粉萌发受阻、胚珠发育异常，最终造成结实率下降50%以上。这一现象在印度等主要豌豆产区尤为突出——2021年全球豌豆产量达20.52万吨，但高温造成的减产损失高达30%。更严峻的是，多数栽培品种如Matar Ageta(MA)在生殖期遭遇高温时，花粉活力会骤降41%，导致严重的花荚脱落。面对这一产业瓶颈，印度园艺研究所(IIHR)的Harsh Chauhan团队与加拿大麦吉尔大学合作，选取耐热品种Arka Chaitra(AC)和敏感品种MA作为研究对象，通过多组学分析揭示了豌豆耐热的关键分子机制。该成果发表于《Plant Phenomics》期刊。

研究人员首先构建了标准化的高温处理体系：在光周期生长室中对处于花前期的植株施加35°C/2h的急性热胁迫，随后立即采集样本。技术路线整合了表型组学（测定单株荚数PNP、单荚种子数SNP等农艺性状）、细胞生物学（亚历山大染色法检测花粉活力）和转录组学（Illumina平台RNA-Seq），并通过qRT-PCR对热响应基因进行验证。

形态生理特征揭示耐热性差异
在高温条件下，AC品种表现出显著优势：单株荚数比MA高38%，单荚种子重增加27%。更关键的是，其花粉活力仅下降23%，而MA下降达41%。这表明AC在生殖发育阶段具有更强的热适应能力。

转录组测序发现核心调控网络
RNA-Seq分析鉴定出1,214个差异表达基因(DEGs)，其中热休克转录因子(HSF)家族基因在AC中表达量是MA的2.1倍。共表达网络显示，AC特异激活了花粉发育通路（如CYCLIN-DEPENDENT KINASE G2）和光合保护机制（LHCII亚基基因上调4.3倍），而MA则富集于细胞形态发生等基础代谢通路。

功能验证锁定关键基因
qRT-PCR证实HSP70在AC中的表达量比MA高5.8倍，且与花粉活力呈正相关(r=0.82)。GO分析进一步发现，AC中"质体发育"和"类囊体膜组装"等条目显著富集，暗示叶绿体稳定性是耐热的重要保障。

这项研究首次系统解析了豌豆花器官在高温胁迫下的转录重编程规律，发现耐热品种通过协同调控HSF-HSP分子伴侣系统和光合器官保护机制来维持生殖发育。所建立的AC品种特异性SNP标记和核心基因集，为分子设计育种提供了理论依据。特别值得注意的是，研究中发现的LHCII复合体亚基基因的差异表达，为解释高温下光合效率与结实率的耦合机制提供了新视角。这些发现不仅对豌豆耐热品种选育具有指导价值，也为其他豆科作物应对气候变化提供了可借鉴的研究范式。