整合生理与转录组学分析揭示马铃薯抗旱机制

《Chemical and Biological Technologies in Agriculture》：Integration of physiological and transcriptomic analyses unveils the drought resistance mechanism in Solanum tuberosum L.

　　

摘要

背景

干旱是全球范围内的重要限制因子，影响植物的生长发育并制约产量，且在全球气候变化的背景下其影响日益加剧。中国的主要马铃薯产区多位于干旱和半干旱地区，频繁的干旱是马铃薯产业面临的核心制约因素。为阐明不同品种在干旱响应中的差异机制，本研究比较了耐旱品种（'LS10'）和感旱品种（'Atlantic'）马铃薯在干旱胁迫下的生理性状与转录组特征。

结果

生理分析发现，在水分亏缺条件下，不同品种间的丙二醛（MDA）和脯氨酸（Pro）含量、超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化物酶（POD）活性以及叶片相对叶绿素含量（RLCC）存在显著差异。在干旱条件下，'LS10'在第30天表现出SOD和POD的补偿性激活、膜损伤进程延迟、脯氨酸持续积累以及RLCC维持稳定；而'Atlantic'则表现为MDA更早升高、抗氧化响应持续较弱以及RLCC持续下降。对'LS10'叶片进行转录组测序，在干旱胁迫第15、30和45天分别鉴定出3,077、781和1,158个差异表达基因（DEGs），这些基因主要富集于光合作用相关和代谢途径。对两个品种的差异表达基因进行RT-qPCR验证，进一步显示在'LS10'中六个捕光叶绿素a/b结合蛋白（LHCP）基因被强烈诱导，而在'Atlantic'中则维持在基线水平，揭示其作为耐旱关键候选基因的潜力。

结论

两个品种在干旱保护效率方面存在本质差异。'LS10'通过增强抗氧化酶活性和渗透保护物质积累来减轻氧化损伤，同时维持了光合稳定性；而'Atlantic'未能建立有效的抗氧化防御体系，遭受了渐进性的光合衰退。这些发现为理解品种特异性耐旱机制提供了理论基础，并为提高马铃薯抗旱性提供了候选基因靶点。

图形摘要