《The Plant Genome》：Molecular mechanisms associated with rootstock–scion interactions in rubber trees
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本文系统研究了不同砧木对橡胶树（Hevea brasiliensis）RRIM 600无性系乳胶产量的影响机制。通过转录组分析发现，砧木类型显著影响接穗基因表达模式，其中PB 235砧木组合表现出最高的乳胶产量（76.03 g/株）。研究鉴定到关键基因RPD3b与茉莉酸（JA）通路相关，并发现砧木依赖性共表达网络调控橡胶生物合成关键基因（HRT、REF、SRPP）的协同表达。该研究为橡胶树砧木育种提供了分子理论基础，对提高天然橡胶产量具有重要意义。
摘要
橡胶树（Hevea brasiliensis）作为天然橡胶的主要来源，其商业化种植通常采用高产无性系嫁接于实生砧木的方式。本研究通过分析巴西东南部地区RRIM 600无性系嫁接于不同砧木后的转录组变化，揭示了砧木-接穗互作的分子机制。研究发现，RRIM 600接穗与PB 235砧木组合表现出最高乳胶产量（76.03 g/株），而与非选种子（NSS）砧木组合则产量最低。转录组分析鉴定到多个特异性表达基因（EEGs）和差异表达基因（DEGs），其中RPD3b基因在IAN 873砧木组合中通过茉莉酸途径促进乳胶生产。共表达网络分析显示，不同砧木背景下橡胶生物合成关键基因（HRT、REF、SRPP）呈现不同的聚合模式，高产组合表现出更协同的基因互作网络。这些发现为橡胶树砧木育种计划的启动提供了理论依据。
1 引言
天然橡胶作为不可替代的战略资源，其全球需求持续增长。橡胶树育种主要关注接穗改良，但越来越多的证据表明砧木显著影响接穗的产量、生长甚至DNA甲基化模式。橡胶树种植中存在明显的无性系内变异，这与砧木的异质性密切相关。先前研究报道RRIM 105无性系的干胶产量变异范围达1.8-144.0 g，不同砧穗组合的产量存在显著差异。虽然橡胶生物合成的分子机制已有较多研究，但其与砧木影响的关联尚未明确。近年来基因组学的发展为解析橡胶树育种机制提供了有力工具，但砧木对接穗转录组的影响在橡胶树中尚未见报道。
2 材料与方法
2.1 植物材料
研究材料来源于1989年在巴西圣保罗州Pindorama建立的试验园，采用随机区组设计，包含RRIM 600接穗与GT1、IAN 873、PB 235、RRIM 600和非选种子（NSS）五种砧木的组合。通过最佳线性无偏预测（BLUP）分析2000-2004年的干胶产量数据，并利用10个SSR标记对25个样本进行基因型鉴定，最终22个样本用于RNA测序分析。
2.2 RNA测序
从树皮组织中提取总RNA，使用Illumina NovaSeq 6000平台进行100 bp双端测序，共获得约8.58亿条reads，经过质控过滤后保留约7.69亿条reads。
2.3 生物信息学分析
将过滤后的reads分别比对到CATAS8-79、GT1和野生橡胶树三个参考基因组，整合转录本后通过CD-HIT去除冗余序列，最终获得83,991条转录本。使用Trinotate进行功能注释，BUSCO评估显示转录本完整性达94%。
2.4 差异基因表达分析
采用DESeq2进行差异表达分析，设定错误发现率（FDR）<0.05且|log2FC|≥1为差异表达基因标准。同时鉴定特异性表达基因（EEGs），并进行GO富集分析。
2.5 数量性状位点分析
将208个已报道的QTLs定位到参考基因组，分析DEGs/EEGs与QTL区域的重叠情况。
2.6 共表达网络构建
使用WGCNA方法构建基因共表达网络，采用最高互惠秩（HRR）方法分析条件特异性网络，并进行拓扑特征分析。
3 结果
3.1 砧穗组合对产量的影响
产量分析显示，PB 235砧木组合产量最高（76.03 g/株），显著优于其他组合。NSS砧木组合产量最低（43.29 g/株），表明砧木选择对乳胶产量具有重要影响。
3.2 转录组组装与基因表达量化
转录组组装获得83,991个基因，功能注释显示60,335个转录本与SwissProt数据库匹配。主成分分析显示，砧木样本在PC1轴上呈现一定分离趋势，但接穗样本未形成明显分组。
3.3 差异基因表达分析
共鉴定到666个DEGs和3,851个EEGs。其中，PB 235组合中蔗糖响应过程显著富集，IAN 873组合中JA和乙烯依赖的系统抗性相关基因上调表达。NSS组合中水分胁迫响应基因显著富集，提示其抗旱能力较弱。
3.4 与文献QTLs的比较分析
22个DEGs/EEGs与已知QTL区域重叠，包括HMG-CoA还原酶（MVA途径关键酶）、RPD3b（JA通路相关）等重要基因。这些基因在不同砧穗组合中的差异表达可能贡献于产量变异。
3.5 共表达网络模式
共表达网络识别出13个模块，其中模块8显著富集于萜类骨架生物合成途径。条件特异性网络分析显示，高产组合（PB 235、GT1）中橡胶生物合成基因（HRT、REF、SRPP）呈现更紧密的互作网络，而低产组合（NSS）则表现分散。
4 讨论
4.1 砧穗关系相关基因
研究发现砧木显著影响接穗的胁迫响应途径，PB 235组合中维生素B6代谢过程显著富集，可能通过减轻氧化应激提高产量。IAN 873组合中RPD3b基因的特异性表达通过JA信号通路促进乳胶生产。NSS组合中水分胁迫响应基因的富集说明其适应性较差。这些结果表明，通过选择特定砧穗组合可以优化与乳胶生产相关的基因表达。
4.2 共表达网络
共表达网络分析揭示了砧木依赖性的基因调控模式。高产组合中橡胶生物合成基因呈现更协同的表达模式，而低产组合则表现出去协同化现象。这与不同砧木背景下异戊二烯前体（IPP）分配策略的差异相一致，PB 235中IPP同时用于类胡萝卜素和顺式聚异戊二烯合成，而GT1和IAN 873中主要用于橡胶合成。
5 结论
本研究首次系统揭示了橡胶树砧木-接穗互作的分子机制，证实砧木通过调控接穗转录组影响乳胶产量。PB 235砧木的高产性能可能源于其优异的逆境适应能力、增强的蔗糖响应以及维生素B6介导的氧化应激保护机制。共表达网络分析进一步证实了砧木对橡胶生物合成基因协同表达的调控作用。这些发现不仅深化了对橡胶树嫁接生物学的理解，也为启动橡胶树砧木育种计划提供了科学依据，对提高天然橡胶产业的生产效率和可持续性具有重要意义。
