持续干旱胁迫下多花黄精的生理响应与转录组分析

《International Journal of Molecular Sciences》：Physiological and Transcriptome Analysis of Polygonatum Cyrtonema Under Continuous Drought Stress

在全球变暖和日益不均的水资源分布背景下，干旱已成为限制药用植物生长和品质形成的关键非生物胁迫因子。本研究通过持续干旱处理实验（控水5、10和20天），并以充分浇水作为对照（CK），初步探究了多花黄精（Polygonatum Cyrtonema）在缺水条件下的生理响应和转录组变化。生理测定结果表明，长期干旱胁迫显著增加了叶片中丙二醛（MDA）和过氧化氢（H?O?）的浓度，同时超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化物酶（POD）活性升高，叶绿素含量也增加。RNA-seq分析鉴定出大量差异表达基因（DEGs），D5、D10和D20与CK的比较中分别有11,835、12,110和11,416个DEGs，其中包含6,133个共有的核心DEGs。KEGG富集分析表明，这些DEGs主要参与淀粉和蔗糖代谢、苯丙素生物合成以及植物激素信号转导。加权基因共表达网络分析（WGCNA）鉴定出一个与干旱持续时间高度正相关的特定基因模块（黑色模块），该模块包含1,681个基因（r = 0.95）。该模块的蛋白-蛋白相互作用（PPI）网络分析突出了几个候选枢纽基因，包括WRKY33（BMK_Unigene_251623）、EDA39（BMK_Unigene_034545）、OHP（BMK_Unigene_221621）和RD20（BMK_Unigene_149641）。此外，黑色模块中的基因显著富集于花青素、苯丙素和异黄酮生物合成以及苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸、精氨酸和脯氨酸代谢等代谢途径。RT-qPCR验证了这些候选基因的表达模式，支持了转录组数据的可靠性。综上所述，这些发现为多花黄精的持续干旱响应提供了转录组学见解，并鉴定出候选基因和通路，为今后该物种的功能验证和抗逆性改良提供了基础。