温度驱动的Gigantochloa levis木质化转录组调控机制揭示了热应激条件下次生细胞壁生物合成程序的转录抑制

《Plant Molecular Biology Reporter》：Temperature-Driven Transcriptomic Regulation of Xylogenesis in Gigantochloa levis Reveals Transcriptional Suppression of Secondary Cell Wall Biosynthetic Programs under Heat Stress

　　

摘要

Gigantochloa levis（Buluh Beting）是一种具有生态价值的竹子物种，在结构、环境和生物资源方面都具有重要意义。随着全球变暖威胁到森林的韧性，了解温度如何影响竹材的形成变得越来越关键。本研究探讨了G. levis幼苗在体外暴露于15°C、30°C和40°C三种温度下三天的木质化过程中的转录组调控机制。高质量RNA测序获得了超过97%的纯净读段（Q30 = 93.63–95.27%），从头组装产生了995,226个转录本（N50 = 1107 bp），最终筛选出307,980个编码转录本（N50 = 1947 bp）。差异表达分析、基因本体论（GO）和京都基因与基因组百科全书（KEGG）分析确定了参与次生细胞壁生物合成的温度响应通路。低温（15°C）下，与木质素相关的转录本仅有轻微变化，表明在这种条件下转录反应有限。相比之下，高温（40°C）导致次生细胞壁生物合成受到抑制，表现为木质素相关酶（如过氧化物酶（POD）、苯丙氨酸氨裂解酶（PAL）、β-葡萄糖苷酶（BGLU）和4-香豆酸辅酶A连接酶（4CL）的转录下调，同时纤维素合成酶（CesA）、蔗糖合成酶（SuSy）和半纤维素相关基因的表达也减少。这些协调的转录反应表明，在高温条件下木质素、纤维素和半纤维素的生物合成途径可能受到抑制，这可能对次生细胞壁的形成产生影响。通过定量逆转录PCR（qRT-PCR）验证的五个代表性基因进一步支持了RNA-seq结果所显示的温度响应表达模式。总体而言，本研究提供了G. levis中次生细胞壁相关生物合成过程受温度调控的转录组证据，为功能基因组学研究提供了见解，并有助于提高竹子在气候变化下的韧性。

图形摘要

此图像的替代文本可能是由AI生成的。

Gigantochloa levis（Buluh Beting）是一种具有生态价值的竹子物种，在结构、环境和生物资源方面都具有重要意义。随着全球变暖威胁到森林的韧性，了解温度如何影响竹材的形成变得越来越关键。本研究探讨了G. levis幼苗在体外暴露于15°C、30°C和40°C三种温度下三天的木质化过程中的转录组调控机制。高质量RNA测序获得了超过97%的纯净读段（Q30 = 93.63–95.27%），从头组装产生了995,226个转录本（N50 = 1107 bp），最终筛选出307,980个编码转录本（N50 = 1947 bp）。差异表达分析、基因本体论（GO）和京都基因与基因组百科全书（KEGG）分析确定了参与次生细胞壁生物合成的温度响应通路。低温（15°C）下，与木质素相关的转录本仅有轻微变化，表明在这种条件下转录反应有限。相比之下，高温（40°C）导致次生细胞壁生物合成受到抑制，表现为木质素相关酶（如过氧化物酶（POD）、苯丙氨酸氨裂解酶（PAL）、β-葡萄糖苷酶（BGLU）和4-香豆酸辅酶A连接酶（4CL）的转录下调，同时纤维素合成酶（CesA）、蔗糖合成酶（SuSy）和半纤维素相关基因的表达也减少。这些协调的转录反应表明，在高温条件下木质素、纤维素和半纤维素的生物合成途径可能受到抑制，这可能对次生细胞壁的形成产生影响。通过定量逆转录PCR（qRT-PCR）验证的五个代表性基因进一步支持了RNA-seq结果所显示的温度响应表达模式。总体而言，本研究提供了G. levis中次生细胞壁相关生物合成过程受温度调控的转录组证据，为功能基因组学研究提供了见解，并有助于提高竹子在气候变化下的韧性。

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