400个转录组揭示了高粱在田间生长中响应干旱反应的分子机制！学术资讯

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了解植物对干旱的分子反应对于在日益频繁的干旱下努力提高农业产量至关重要。C4谷物高粱是重要的粮食和生物能源来源，并且其特别耐旱，但是其抗旱分子机制，还知之甚少。PNAS杂志在线发表了来自美国加州大学伯克利分校Elizabeth Purdom课题组题为“Transcriptomic analysis of field-droughted sorghum from seedling to maturity reveals biotic and metabolic responses”的研究论文。该研究进行了一项大规模的田间试验：在干旱胁迫下，每周从田间种植了2个自然抗旱高粱品种取样，然后进行转录组测序，从而得出了整个生长季节中高粱响应干旱反应的分子图谱。

干旱是影响植物的地理分布、限制农作物产量,并威胁粮食安全的主要环境因子之一。干旱胁迫会使植物体内ABA含量上升，进而使得叶片的气孔关闭，以减少水分的丧失，而脱落酸（ABA）信号转导途径是植物中干旱胁迫的核心信号通路。ABA激活的SnRK2s可以使质膜NADPH氧化酶Rboh F磷酸化,在质外体空间产生O2-,随后形成H2O2,作为信号分子调节气孔关闭过程，另外激活的SnRK2s也可以磷酸化阴离子通道SLAC1，该蛋白同样调控干旱胁迫下ABA介导的气孔关闭以减少水分的蒸腾损失（见下图）（详细见综述专题| 美国科学院院士朱健康在Cell杂志上撰写植物胁迫综述）。

该研究进行了一项大规模的田间试验：在17周的时间内将高粱植物暴露于3种不同的浇水方案中。对照条件包括每周采样一次，采样前5天灌溉，从第3周开始，并贯穿整个实验。开花前干旱是通过在开花前（第3至8周）不进行灌溉，然后在随后的几周恢复浇水（干旱恢复；第9至17周）来进行的。开花后干旱通过在第9周（开花）之前进行每周浇水后停止灌溉来进行，导致样品在10至17周内暴露于开花后干旱。从第2周开始一直持续到第17周，每周对根和叶进行采样。同时该研究还对对2种耐旱高粱基因型进行了该实验：RTx430，对开花前干旱具有耐受性，对开花后干旱敏感。BTx642是一种保持绿色的基因型，耐开花后干旱（具有延迟叶片衰老的能力），对开花前干旱敏感（如下图所示）。

研究结果显示，在叶和根组织中观察到快速和全局的转录组反应，以用来适应开花前和开花后的干旱胁迫，并影响了基因组40％以上的基因表达。此外，该研究还揭示了两种基因型中涉及关键功能的基因差异，例如核心光合作用和活性氧清除途径的基因型差异。与RTx430相比，开花后干旱期间保持绿色的基因型BTx642保持高水平的光合基因表达。

最后，该研究的植物根部转录组的研究进一步表明，干旱促使AM共生重要基因的转录协调减少，这表明干旱导致AM总真菌生物量减少。缓解干旱后，开花前耐旱的基因型RTx430比开花后耐旱的品种BTx642能够更快地恢复这种关键的共生关系。而该结果与根的根际微生物群的细菌和真菌群落分析结果相符。

因此，该研究描述了一项全面的转录组学研究，表明了高粱能迅速发现并适应干旱胁迫，并分析了田间生长的高粱植物中干旱反应的分子基础。为深入探索抗旱的分子机制及其与植物生物环境的相互作用提供了空前的资源。

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