整合形态学、生理学、生化及转录组学分析阐明多年生草类抗旱性基因型差异背后的核心通路

《BMC Plant Biology》：Integrated morphological, physiological, biochemical and transcriptomic analyses elucidate core pathways underlying genotypic differences in drought resistance of perennial grasses

　　

摘要

背景

干旱胁迫是限制牧草和草坪草生长及生产力的主要非生物因子。然而，关于蜈蚣草（Eremochloa ophiuroides）抗旱性的响应、适应及其潜在分子机制的系统研究仍较少。

结果

在此，我们通过整合形态、生理、生化和转录组分析，研究了两个在抗旱性和旱后恢复能力上存在显著差异的蜈蚣草基因型 CG021 和 CG101。形态和生理分析表明，干旱胁迫显著影响两个基因型的生长，包括生长表现、叶绿素含量、电解质渗漏、气体交换参数和渗透保护剂积累，对 CG021 的影响更为明显。进一步的生化分析结果表明，与 CG101 相比，CG021 的干旱敏感性伴随着过度的叶绿素降解（CHLASE, PPH, and CHL-PRX）、更高的脯氨酸和可溶性糖生物合成（P5CS, P5CR, SPS, and SS⁺），以及由于碳同化抑制（特别是 C₄ 途径 PEPC 和 PPDK）导致的更严重的光合作用损伤。此外，转录组测序分析揭示了两个基因型响应干旱胁迫的不同分子策略，其中 CG101 表现出更复杂的转录组重编程，包括植物激素信号转导、MAPK 信号通路和光合天线蛋白。值得注意的是，两个基因型间干旱响应基因的差异主要富集在光合作用途径中，从中鉴定出三个光合作用相关基因（EoPRK1, EoSPS4, and EoSUS1）作为可能贡献于 CG021 和 CG101 间抗旱性差异的候选基因。

结论

这些发现揭示了两个蜈蚣草基因型在干旱响应和适应策略上的差异，强调了光合作用在蜈蚣草抗旱性中的关键调控作用，为草类抗旱品种的培育提供了见解。