吸水损伤与萌发动力学揭示了大豆种子冷敏感性的不同遗传组分

《BMC Plant Biology》：Imbibitional damage and germination kinetics reveal genetically distinct components of cold sensitivity in soybean seeds

　　

摘要

背景

在早播条件下实现可靠的作物建立，是大豆适应欧洲凉爽环境的关键目标。低温可能会通过冷害导致的吸水期损伤（即早期吸水过程中因低温引起的损伤）以及持续低温条件下的发芽延迟，损害作物的建立。然而，这些反应是否共享遗传基础仍不清楚。我们在对照和低温条件下，使用一组25个表型描述符对来自EUCLEG集合的早熟大豆多样性面板进行了表型分析，这些描述符涵盖了种子群体中幼苗出土、发芽时间、整齐度和发芽程度。

结果

初始吸水阶段的低温吸水增加了吸水期损伤，导致发芽率降低和幼苗生长受阻。利用多个时间-事件参数和逻辑回归衍生参数对发芽动力学进行建模，详细表征了不同温度下种子发芽的遗传架构。发芽动力学表现出时间结构化的遗传架构，与早期发芽相关的位点与晚期发芽（如达到70-80%发芽所需时间）相关的位点不同。20°C和10°C下的发芽动力学主要由不同的位点控制，表明发芽速度受温度依赖的遗传调控。同样，与发芽速度相对温度响应相关的位点与单一温度下检测到的位点不同，表明温度敏感性具有特定的遗传基础。对冷害导致的吸水期损伤高度敏感的种质并非一定是在持续10°C暴露下表现出最强发芽延迟的种质。与这一表型脱耦一致，与吸水期损伤相关的位点与控制发芽动力学的位点不重叠。显著标记附近的候选基因与激素信号、氧化应激反应、膜相关过程和细胞壁修饰有关。

结论

我们的结果表明，早期建立过程中的冷敏感性涉及不同的生理和遗传组分。冷害导致的吸水期损伤与持续低温下的发芽延迟在表型和遗传上是脱耦的，表明改善其中一个性状可能不会改善另一个性状。将发芽作为群体过程进行建模，揭示了种子对低温反应的时间依赖性遗传架构。这些发现强调了互补表型分析的重要性，并鉴定了有助于在凉爽播种条件下改善大豆建立的基因组区域。