整合生理评价和全转录组分析揭示燕麦 (Avena sativa L.) 非编码 RNA 相关的干旱响应

《BMC Plant Biology》：Integrative physiological evaluation and whole-transcriptome analysis reveal non-coding RNA–associated drought responses in oat (Avena sativa L.)

　　

摘要

背景

燕麦（Avena sativa L.）是一种重要的谷物作物，既用于食物生产也用于饲料生产，但其生产力受到干旱胁迫的严重限制。尽管非编码 RNA（ncRNAs）越来越被认为是植物应对非生物胁迫的关键调节因子，但在燕麦干旱适应中，长非编码 RNA（lncRNAs）、环状 RNA（circRNAs）和微小 RNA（miRNAs）的协调调控作用仍知之甚少。

结果

在本研究中，在受控干旱条件下，使用 21 个形态、生理和光合性状，评估了四个抗旱性不同的燕麦品种在幼苗期的表现。进行主成分分析（PCA）以计算综合抗旱指数（F 值），从而对品种间的抗旱性进行综合评估。中燕 1 号（Z1）表现出最高的抗旱性，其次是白燕 7 号（B7）、丹麦 440（D4）和龙燕 3 号（L3）。基于这些结果，选取干旱胁迫 6 天后的 Z1 植株叶片进行全转录组测序。转录组分析鉴定出 10,446 个差异表达 mRNA、116 个差异表达 lncRNAs 和 13 个差异表达 miRNAs。功能富集分析显示，这些干旱响应转录本显著富集于与光合碳固定、淀粉和蔗糖代谢、糖酵解/糖异生以及乙醛酸和二羧酸代谢相关的途径，表明在响应干旱胁迫时碳代谢发生了广泛的转录重编程。此外，构建了一个 lncRNA–miRNA–mRNA 竞争性内源 RNA（ceRNA）网络，鉴定出一个以 miR156 为中心的干旱响应调控模块，该模块包含两个 lncRNAs、一个 miRNA 和十一个靶标 mRNAs。

结论

通过将生理评估与全转录组分析相结合，本研究为 ncRNA 介导的燕麦幼苗干旱响应提供了全面的概述，通过将生理评估与全转录组分析相结合。预测的调控网络，特别是以 miR156 为中心的 ceRNA 模块，为未来旨在提高燕麦抗旱性的功能验证和分子育种提供了有价值的候选调控模块。