整合生理学与表观遗传学分析鉴定限水灌溉条件下的节水型甘蔗品种

《Journal of Crop Science and Biotechnology》：Integrated physiological and epigenetic profiling identifies water-efficient sugarcane genotypes under deficit irrigation

摘要

水资源短缺对埃及甘蔗生产力的威胁日益加剧，亟需筛选出具有优化生理与分子性状的耐旱基因型。本研究在2024和2025年期间，对十个甘蔗基因型（SC-GT）在100%和70%灌溉当量（ETc）条件下进行了评估，以表征其生理特征、表观遗传调控及蔗糖代谢相关基因表达。水分亏缺处理显著降低了净光合速率（26%）、气孔导度（33%）、植株高度（20%）、蔗产（27%）和糖产量（30%），同时提高了水分利用效率（+4%）和糖产量效率（+11%）。在生化层面，水分亏缺触发了强烈的渗透调节和氧化还原稳态机制，使游离脯氨酸（76%）、有机酸（60%）、总酚类物质（36%）分别升高，超氧化物歧化酶（SOD）升高71%、过氧化氢酶（CAT）升高24%、过氧化物酶（POD）升高29%。在表观遗传层面，全基因组DNA甲基化水平下降10–13%，而基因特异性甲基化水平上升13%，同时蔗糖磷酸合酶（SPS）和蔗糖合酶（SUSY）表达下调51–52%，转化酶（INV）表达上调11%。网络拓扑结构和相关性分析表明，转化酶的活性与表达是涉及碳分配、冠层发育和乙醇产量的核心代谢枢纽。多性状选择指数和稳定性分析一致表明SC-GT6在所评估的各灌溉-季节组合中表现最为稳定优异。SC-GT3和SC-GT9也为特定农业生态位提供了针对性优势。总之，将生理表型分析、表观遗传标记与先进选择指数相结合，为加速培育适用于埃及及类似干旱农业生态系统的耐气候、节水甘蔗品种提供了稳健的研究框架。