转录组学和预测建模揭示柑橘中ALAD沉默相关的光合和胁迫响应

《Planta》：Transcriptomic and predictive modeling reveal photosynthetic and stress responses associated with ALAD silencing in citrus

　　**摘要****主要结论**在柑橘中抑制δ-氨基乙酰丙酸脱水酶（ALAD）会破坏叶绿体发育和光合稳定性，触发代谢、胁迫和激素信号通路中广泛的转录重编程。**摘要**黄化通常是植物胁迫最早的可见指标，无论是非生物还是生物因素引起的。复杂的胁迫网络最终可导致光合细胞器和色素的丧失，导致细胞活力降低，最终导致细胞死亡。然而，植物拥有协调机制以在不利条件下维持稳态。δ-氨基乙酰丙酸脱水酶（ALAD）是四吡咯生物合成中的核心酶，对叶绿素合成和光合功能至关重要。在本研究中，我们利用病毒诱导基因沉默（VIGS）技术，研究了ALAD在大叶柑橘（Citrus macrophylla）中沉默的生理和转录组后果。在细胞水平上，ALAD缺陷植物表现出质体数量减少和质体形态改变。转录组分析显示，与光合作用、铁和锌营养吸收以及胁迫和防御相关通路（包括活性氧（ROS）解毒、激素信号传导和次生代谢）相关的基因发生重大改变。将这些转录和生理变化整合到光合和红OX相关基因的预测模型中，有助于识别关键调控节点。为此，我们实施了适用于机器学习的流程，利用变异最大的基因的方差稳定化表达和随机森林建模来分类光合和红OX状态。ALAD沉默触发了细胞色素P450、脂氧合酶、膜联蛋白和铁蛋白的上调，以及ROS解毒和铁稳态的变化。ALAD沉默引发了明显的脂质过氧化特征，表现为丙二醛积累增加，亚油酸和α-亚麻酸水平改变，伴随茉莉酸（JA）积累增加。总之，ALAD的沉默揭示了一种协调的胁迫响应，整合了叶绿体结构、光合效率、红OX调节、营养稳态和防御通路。