水分脅迫下燕麥萌發(fā)期轉(zhuǎn)錄組分析

燕麥（AnenasatiuaL.）是禾本科燕麥屬一年生草本植物，是一種低糖、高營(yíng)養(yǎng)、高能量的全谷物食品，具有抗旱、抗寒、耐貧瘠和耐鹽堿等特點(diǎn)，主要種植于中國(guó)東北、華北、西北和西南等干旱、半干旱地區(qū)[1]。近年來(lái)，季節(jié)性干旱或不定期干旱瀕繁出現(xiàn)，水資源短缺嚴(yán)重，極大地影響了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。因此，農(nóng)作物抗旱品種的選育成為了解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中“卡脖子\"問(wèn)題的關(guān)鍵手段之一。

燕麥具有較強(qiáng)的抗旱性，其生長(zhǎng)期對(duì)水分的依賴程度遠(yuǎn)低于小麥、玉米和水稻等作物，但在萌發(fā)期，需水較多，水分供應(yīng)不足會(huì)嚴(yán)重制約燕麥種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)，降低出苗率及幼苗成活率[]趙寶平等[3]研究了不同水分處理對(duì)不同抗旱性燕麥品種產(chǎn)量的影響，發(fā)現(xiàn)燕麥產(chǎn)量受水分脅迫影響的程度整體上表現(xiàn)為拔節(jié)期大于抽穗期，且干旱敏感品種‘壩莜3號(hào)的每穗小穗數(shù)、千粒質(zhì)量均下降，每穗秕粒數(shù)顯著增加，但減產(chǎn)程度低于抗旱性較強(qiáng)的‘蒙燕1號(hào)’。李彥霞等4研究了不同燕麥品種在水分脅迫下的光合、熒光生理響應(yīng)機(jī)制，發(fā)現(xiàn)干旱脅迫會(huì)導(dǎo)致抽穗期和開花期葉片的胞間 CO₂ 濃度、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度、光合速率下降。吳雨涵等[5對(duì)燕麥幼苗遭受干旱脅迫后葉片光合特性及活性氧清除系統(tǒng)的響應(yīng)機(jī)制進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)干旱脅迫會(huì)使植株在短時(shí)間內(nèi)水分利用效率增加，但氣孔關(guān)閉及光反應(yīng)中心遭到破壞是光合性能減弱的主要原因，而且輕度脅迫下，燕麥主要通過(guò)酶類抗氧化劑清除活性氧毒害物質(zhì)，而在重度脅迫下主要以非酶類抗氧化劑清除系統(tǒng)為主。盡管前人對(duì)燕麥萌發(fā)期響應(yīng)干旱脅迫的生理生化機(jī)制已做了不少研究，但相關(guān)分子機(jī)制還鮮有報(bào)道。

干旱是植物生長(zhǎng)過(guò)程中的主要制約因素之一，會(huì)阻礙植物的氣孔運(yùn)動(dòng)、呼吸作用和光合作用等，而植物會(huì)通過(guò)形態(tài)結(jié)構(gòu)改變、抗旱基因表達(dá)和滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的合成等來(lái)緩解逆境[6]。胚胎發(fā)育晚期富含蛋白（Late embryogenesisabundantprotein，LEA）是一種逆境誘導(dǎo)蛋白，可以影響細(xì)胞結(jié)構(gòu)和代謝，作為滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)調(diào)節(jié)細(xì)胞的滲透壓平衡。研究表明，ZmNHL1編碼LEA-2蛋白，可以促進(jìn)玉米對(duì)干旱脅迫的耐受性[。水通道蛋白（Aquaporin，AQP）是跨膜通道的主嵌入蛋白，具有運(yùn)輸水分功能，干旱能誘導(dǎo)水通道蛋白基因表達(dá)，從而改變膜的水分通透性，維持正常的生命活動(dòng)[8]。海藻糖-6-磷酸酶（Trehalose-phos-phatephosphatase，TPP）是海藻糖合成的限速酶，海藻糖等小分子化合物在植物受到干旱脅迫時(shí)，會(huì)在細(xì)胞內(nèi)大量積累，進(jìn)而增強(qiáng)植物的保水能力[9]。植物在遭受干旱脅迫時(shí)通常伴隨著活性氧中間產(chǎn)物的生成，一些能清除活性氧的酶系和抗氧化物質(zhì)，如超氧歧化酶、過(guò)氧化物酶和過(guò)氧化氫酶等能有效清除活性氧，以提高植物的抗旱性[10]。除了以上功能蛋白以外，一些轉(zhuǎn)錄因子也參與植物的抗旱調(diào)控。TaWRKY82和TaWRKY16能調(diào)節(jié)氣孔的開閉，提高氣孔密度，進(jìn)而改善植株抗旱性[1]。過(guò)表達(dá)OsMYB3R-2^[12] 、ANACO19[13]可以提高轉(zhuǎn)基因擬南芥植株對(duì)干旱等逆境脅迫抵抗能力。

王力偉等[14]前期通過(guò)形態(tài)指標(biāo)和生理指標(biāo)綜合分析了83份燕麥種子在萌發(fā)期的抗旱能力，獲得不同抗旱性材料。本研究旨在轉(zhuǎn)錄水平上探究抗旱性燕麥種子在萌發(fā)期應(yīng)對(duì)水分脅迫的相關(guān)機(jī)理機(jī)制，挖掘與干旱相關(guān)的候選基因，為抗旱性燕麥品種的分子育種提供科學(xué)依據(jù)。

1材料與方法

1.1 材料與處理

1.1.1試驗(yàn)材料以前期篩選的抗旱能力強(qiáng)的燕麥品系‘2010-48'為試驗(yàn)材料。

1.1.2水分脅迫處理篩選大小均一、顆粒飽滿和無(wú)破損的種子，將其用 5%（V/V） 的次氯酸鈉溶液浸泡 5min 后，蒸餾水沖洗并晾干、備用。將種子置于直徑為 9cm 的培養(yǎng)皿中，雙層濾紙做發(fā)芽床。試驗(yàn)設(shè)為2組：水分脅迫組（PT）和正常給水組（CK）。每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)50粒種子。以 200g/L PEG-6000溶液進(jìn)行水分脅迫處理，等體積蒸餾水作為對(duì)照處理。種子發(fā)芽試驗(yàn)均在人工氣候室進(jìn)行，晝夜光照時(shí)間為 16h/ ，光照度為 3000lx ，培養(yǎng)溫度為 24^°C±1^°C 。培養(yǎng) 4d，CK 組的芽長(zhǎng)約為 2cm ，PT組則剛剛萌發(fā)，取整粒發(fā)芽種子置液氮速凍后，存于 冰箱，備用。

1.2總RNA提取及檢測(cè)

每個(gè)樣品取3粒發(fā)芽種子混樣研磨，每個(gè)處理設(shè)置3個(gè)生物學(xué)重復(fù)?？俁NA提取參照RNAprepPurePlantPlusKit試劑盒（DP441，TIANGEN北京生化科技有限公司）說(shuō)明書進(jìn)行，樣品總DNA用DNase酶（2212，大連寶生物工程有限公司）消化處理。用 1.2% 非變性瓊脂糖凝膠電泳、Nanodrop（Thermo，美國(guó)）和Agilent2100分析系統(tǒng)（安捷倫科技（中國(guó)）有限公司）檢測(cè)RNA的完整性、純度和質(zhì)量。

1.3 RNA-Seq文庫(kù)測(cè)序和Mapping

RNA-Seq文庫(kù)的建立由北京諾禾致源生物信息科技有限公司完成，測(cè)序平臺(tái)為IuminaNovaSeq6000，依照PEl25策略進(jìn)行Rawreads獲取，利用fastx_toolkit（vO.O.14）軟件分析，堿基質(zhì)量檢測(cè)應(yīng)用IlluminaCasval.8軟件，計(jì)算公式為 ΔQPhred=-Δ10lg（e ）。使用HISAT2軟件[15]將Clean Reads與參考基因組（Avena sati-vaOT3098）進(jìn)行快速精確的比對(duì)。

1.4差異表達(dá)基因的篩選及功能富集

利用SOAP2軟件1把轉(zhuǎn)錄組測(cè)序片段reads進(jìn)行組裝，獲得Unigene序列。以RPKM反映樣本內(nèi)基因表達(dá)水平，可去除基因長(zhǎng)度及測(cè)序差異對(duì)基因表達(dá)造成的影響，直接用于比較不同樣本間基因的表達(dá)差異。使用RSEM計(jì)算通過(guò)Bowite2比對(duì)到參考序列的凈測(cè)序序列基因和轉(zhuǎn)錄本的表達(dá)量，使用FPKM標(biāo)準(zhǔn)化處理便于樣本間的相互比較。利用 DESeq2^[17] 篩選及分析兩個(gè)樣本間的差異表達(dá)基因（differentialexpressiongenes，DEGs），篩選閾值為Padj lt;0 .05，且一 log₂ FoldChange gt;1 。對(duì)篩選出的差異基因進(jìn)行GO功能注釋（www.geneontolgy.org）和pathway顯著性富集分析（www.kegg.jp）。

1.5 qRT-PCR驗(yàn)證

隨機(jī)篩選6個(gè)轉(zhuǎn)錄因子，用qRT-PCR（Taka-ra，SYBRPremixEXTaq）驗(yàn)證測(cè)序數(shù)據(jù)的有效性和準(zhǔn)確性。利用Primer5設(shè)計(jì)引物，以 β -actin為內(nèi)參基因，擴(kuò)增產(chǎn)物的表達(dá)水平按 方法計(jì)算（表 1）^[18] 。所有樣品均重復(fù)3次，擴(kuò)增結(jié)果均以“平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤” n=3 表示。

2 結(jié)果與分析

2.1轉(zhuǎn)錄組測(cè)序質(zhì)量評(píng)估

對(duì)干旱脅迫下萌發(fā)的抗旱燕麥種子進(jìn)行了轉(zhuǎn)錄組測(cè)序。如表2所示，CK組共獲得37.17Gb的cleanbases，PT組共獲得4O.95Gb的cleanbases。Q30堿基百分比均大于 92.8% ，GC含量占比 54% 以上，統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明測(cè)序準(zhǔn)確率較高，數(shù)據(jù)可靠。將各庫(kù)中的cleanreads比對(duì)到燕麥參考基因組，均有超過(guò) 85% 的cleanreads能夠比對(duì)上，比對(duì)到參考基因組的唯一位置（uniquemap）的cleanreads均超過(guò) 77% 。

2.2干旱脅迫下差異表達(dá)基因統(tǒng)計(jì)

與CK組相比，供試抗旱燕麥材料在干旱脅迫下有12405個(gè)差異表達(dá)基因，其中，上調(diào)表達(dá)基因有5110個(gè)，下調(diào)表達(dá)基因有7295個(gè)（圖1）。上調(diào)基因中，有335個(gè)基因在CK組中完全不表達(dá)（FPKM值為O），干旱脅迫后表達(dá)量提高，其中有85個(gè)基因被注釋。下調(diào)基因中，有1041個(gè)基因在PT組中完全不表達(dá)，而在CK組中有不同程度的表達(dá)，其中有637個(gè)基因被注釋。

2.3干旱脅迫下差異表達(dá)基因的富集分析

5110個(gè)上調(diào)基因被顯著富集在102個(gè)GO條目上，其中富集在生物學(xué)途徑78個(gè)，分子功能22個(gè)，細(xì)胞組件2個(gè)。在生物學(xué)途徑中，富集最顯著的3個(gè)GO條目包括“對(duì)水分的響應(yīng)（re-sponsetowater）”，“對(duì)酸性化學(xué)物質(zhì)的響應(yīng)（responsetoacidchemical）\"和“對(duì)含氧化合物的響應(yīng)（response to oxygen-containing compound）\"（圖2-A）。KEGG富集分析表明，上調(diào)表達(dá)基因顯著富集在丙烷、哌啶和吡啶生物堿的生物合成途徑（ath00960）及類黃酮生物合成途徑7295個(gè)下調(diào)基因被顯著富集在53個(gè)GO條目上，其中富集在生物學(xué)途徑2個(gè)，分子功能31個(gè)，細(xì)胞組件20個(gè)。在分子功能中，富集最顯著的GO條目為“抗氧化活性（antioxidantactivi-ty）”；在生物學(xué)途徑中，富集最顯著的GO條目為“對(duì)氧化應(yīng)激的響應(yīng)（responsetooxidativestress）\"（圖3-A）。KEGG富集分析表明，下調(diào)表達(dá)的基因顯著富集在苯丙烷的生物合成途徑（ath00940）和光合作用途徑（ath00195）（圖3-B）。

磷酸果糖激酶活性Phosphofructokinaseactivity 轉(zhuǎn)移酶活性，轉(zhuǎn)移除基基以外的?；鵗ansferaseactivitytrnsferrigacylroups . 6-磷酸果糖激酶活性6-phosphofructokinaseactivity 轉(zhuǎn)移酶活性，轉(zhuǎn)移單碳基團(tuán)Transferaseactivitytransferringone-carbongroup . A 酶抑制劑活活性Enzymeinhibitoractivity B DNA甲基轉(zhuǎn)移酶活性Methylransferaseactivity 幾丁質(zhì)結(jié)合Chitin binding 鈣離子結(jié)合Calciumion binding 絲氨酸型內(nèi)肽酶抑制劑活性Serine-typeendopeptidaseinhibitoractivity 銅離子結(jié)合Copperion binding 幾丁質(zhì)酶活性Chitinaseactivity 甲基轉(zhuǎn)移酶活性O(shè)methyltransferaseactivity 肽鏈內(nèi)切酶調(diào)節(jié)活性Endopeptidaseregulatoractity 蛋白質(zhì)異源二聚化活性Proteinheterodimerizationactivity . 數(shù)量t 化性用 數(shù)量t 光系統(tǒng)放氧復(fù)體 ：0 膜的 ·50 細(xì)胞外區(qū)Extracellarregion 30 氧化還原酶復(fù)合體Oxidoreductasecomplexp ：100 膜的外E P值Padj 光系統(tǒng)Ⅱ氧演化復(fù)ot . P值Padj ： 888 ： 058 氨基聚糖分解代謝過(guò)程Aminoglycancatabolicprocess 0 外部封裝結(jié)構(gòu)組織Externalencapsulatingstructureorganization 0 胚發(fā)育Embryodevelopment 脂質(zhì)生物合成過(guò)程Lipidbiosyntheticprocess 對(duì)化學(xué)物質(zhì)的反應(yīng)Responsetochemical- 脂肪酸生物合成過(guò)程Fattyacidbiosyntheticprocess 防御反應(yīng)Defenseresponse 硫化合物代謝過(guò)程Sulfurcompoundmetabolicprocess 對(duì)生物刺激的反應(yīng)Responseto biotic stimulus 翻譯終止Translationaltermination 對(duì)非生物刺激的反應(yīng)Responsetoabiotic stimulus 谷氨酰胺家族氨基酸代謝過(guò)程Glutaminefamilyaminoacidmetabolicprocess 對(duì)無(wú)機(jī)物的反應(yīng)Responsetoinorganicsubstance 細(xì)胞修飾氨基酸代謝過(guò)程Celularmodifiedaminoacidmetabolicprocess 對(duì)含氧化合物的反應(yīng)Responsetooxygen-containingcompound 谷胱甘肽代謝過(guò)程Glutathionemetabolicprocess 對(duì)酸性化學(xué)物質(zhì)的反應(yīng)Responsetoacidchemical 光合作用Photosynthesis 對(duì)水的反應(yīng)Responsetowatef . 應(yīng)對(duì)氧化應(yīng)激Responsetooxidativestress . 0.010.02 0.03 0.04 0.05 00.0250.0500.0750.100 基因比率Gene ratio 基因比率Gene ratio A和B分別為上調(diào)和下調(diào)基因的GO富集圖 A and B are GO enrichment maps of up-regulated and down-regulated genes，respectivelyA 二苯乙烯，二芳基庚烷和姜辣素的生物合成 BStilbeidi 亞油酸代謝Linoleicacidmetabolism苯丙烷代謝Phenylalaninemetabolism 花生四烯酸代謝Arachidonicacid metabolism泛醌和其他萜類醌的生物合成Ubiquinoneandotherterpenoid-quinone biosynthesis- 卟啉代謝Porphyrin metabolismβ-丙氨酸代謝beta-Alaninemetabolism ·類黃酮生物合成Flavonoid biosynthesis .光合作用Photosynthesis 苯丙烷代謝Phenylalanine metabolism異生物的 8 量氨 P值Padj植物激素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)Plant hormonesignaltransduction . 10 不飽和脂肪酸的生物合成Biosynthesis ofunsaturated fatty acids 0.75檸檬酸循環(huán)Citratecycle（TCAcycle） ：15 ?；撬岷痛闻；撬岽xTaurineandhypotaurinemetabolism- 0.50植物-病原體互作Plant-pathogen interaction . P值Padj 淀粉和蔗糖代謝Starch and sucrose metabolism 1 0.251信 . 0.25 ：0氨基糖和核苷酸糖的代謝Aminosugarandnucleotidesugarmetabolism 光合作用-天線蛋白Photosynthesis-antennaproteins谷胱甘肽代謝Glutathionemetabolism . 氰胺酸代謝Cyanoaminoacidmetabolism晝夜節(jié)律-植物Circadianrhythm-plant . 色氨酸代謝Tryptophanmetabolism類黃酮生物合成Flavonoid biosynthesis 光合作用Photosynthesis .

茛蓉烷，哌啶和吡啶生物堿的生物合成Tropane，piperidineandpyridinealkaloid . 苯丙烷類生物合成Phenylpropanoid biosynthesis .0.025 0.050 0.7500.100 0.050.100.15基因比率Gene ratio 基因比率GeneratioA和B分別為上調(diào)和下調(diào)基因的KEGG富集圖A and B are KEGG enrichment maps of up-regulated and down-regulated genes，respectively

Fig.3 KEGG enrichment of differentially expressed genes under drought stress

2.4qRT-PCR驗(yàn)證

隨機(jī)選取6個(gè)轉(zhuǎn)錄因子用qRT-PCR驗(yàn)證，以確保測(cè)序數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和有效性。如圖4所示，干旱和水分刺激應(yīng)答相關(guān)的C2H2、HB-BELL、C2C2-CO、MYB、BHLH、HSF編碼基因在處理前后表達(dá)量變化均顯著，與RNA-seq測(cè)序數(shù)據(jù)基本一致。

2.5差異表達(dá)基因挖掘

干旱處理前后的差異表達(dá)基因共富集在103條通路上，其中顯著富集的有16條（表3）。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，能夠顯著富集到多條通路的基因，主要有查爾酮合成酶（Chalconesynthase，CHS）、β-葡萄糖苷酶（Beta-glucosidase，BG）和細(xì)胞色素P45O（cytochromeP450，CYP450）的編碼基因，注釋到的基因數(shù)分別有12個(gè)、18個(gè)和5個(gè)（表4）。這3個(gè)基因可能通過(guò)多個(gè)途徑參與燕麥苗期的抗旱過(guò)程。另外，本研究在差異表達(dá)基因中還發(fā)現(xiàn)了其他抗旱功能蛋白編碼基因，如LEA、AQP和TPP，調(diào)節(jié)基因如WRKY、MYB、bZIP和NAC等（表5），這些轉(zhuǎn)錄因子多數(shù)以負(fù)向調(diào)節(jié)的方式參與燕麥苗期抗旱過(guò)程。以上6個(gè)功能基因（CHS、BG，CYP450，LEA，AQP 和TPP）和4個(gè)調(diào)節(jié)基因 （WRKY，MYB，bZIP 和NAC）將作為候選基因進(jìn)一步驗(yàn)證。

2.6查爾酮合成酶通路分析

苯丙烷和類黃酮合成途徑可以通過(guò)肉桂酰輔酶A和香豆酰輔酶A進(jìn)行連接。查爾酮合成酶位于該通路的上游，是下游各代謝物合成的關(guān)鍵酶。在該通路中，查爾酮合成酶、二氫黃酮醇還原酶和黃酮醇合成酶基因均上調(diào)，查爾酮異構(gòu)酶和類黃酮 3^′ 加氧酶基因均下調(diào)（圖5）。干旱脅迫條件下，以上基因表達(dá)量的變化，可促使燕麥萌發(fā)期積累更多的根皮素、柚皮素查爾酮、槲皮素等代謝產(chǎn)物。

3討論

本試驗(yàn)利用轉(zhuǎn)錄組測(cè)序研究強(qiáng)抗旱性燕麥材料在萌發(fā)期應(yīng)對(duì)水分脅迫的分子機(jī)理，發(fā)掘關(guān)鍵功能基因和轉(zhuǎn)錄因子，為培育抗旱性燕麥品種提供理論基礎(chǔ)。供試抗旱燕麥材料在干旱脅迫下共有12405個(gè)差異表達(dá)基因，上調(diào)表達(dá)的基因顯著富集在內(nèi)烷、哌啶和吡啶生物堿的生物合成途徑和類黃酮生物合成途徑上，而下調(diào)表達(dá)的基因顯著富集在苯丙烷的生物合成途徑和光合作用途徑上。結(jié)合KEGG分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，干旱脅迫下，查爾酮合成酶、β-葡萄糖苷酶和細(xì)胞色素P450顯著富集到多條通路，可能與燕麥幼苗抵抗干旱相關(guān)。

查爾酮合成酶（Chalcone synthase，CHS）是類黃酮合成的關(guān)鍵限速酶。Dao等[19對(duì)查爾酮合酶及其在植物抗性中的作用進(jìn)行了綜述， CHS 基因可以在紫外線、細(xì)菌或真菌感染等脅迫條件下在植物中被誘導(dǎo)表達(dá)，但未提及其在抗旱脅迫中的作用。有研究用 20% PEG對(duì)4個(gè)品種花生進(jìn)行模擬干旱脅迫，發(fā)現(xiàn)其葉片中CHS含量及其基因表達(dá)量均呈現(xiàn)先升高再降低的趨勢(shì)[20]Hou等[21]在煙草中過(guò)表達(dá)櫻桃CpCHS1，提高了干旱脅迫下煙草種子的發(fā)芽瀕率，且干旱脅迫下轉(zhuǎn)基因幼苗的鮮質(zhì)量高于野生型。以上研究表明CHS在植物抗旱脅迫中可能發(fā)揮一定作用，其在燕麥抗旱中的作用有待進(jìn)一步研究。查爾酮合成酶的下游代謝產(chǎn)物，如山奈酚、槲皮素等，也與植物抗旱有關(guān)。Jan等[22]通過(guò)轉(zhuǎn)基因研究發(fā)現(xiàn)，具有強(qiáng)非酶抗氧化活性的山奈酚和槲皮素過(guò)表達(dá)可以通過(guò)積累清除氧物質(zhì)和水楊酸，從而增強(qiáng)水稻對(duì)干旱和紫外線輻射脅迫的耐受性。

β -葡萄糖苷酶屬于糖苷水解酶家族。Han等[23]研究發(fā)現(xiàn)AtBG1基因的過(guò)表達(dá)會(huì)導(dǎo)致ABA濃度增加，導(dǎo)致植物抗旱性增強(qiáng)。Ren等[24]敲除Os4BGlu10、Os6BGlu24和Os9BGlu33后，突變體都表現(xiàn)出較低的耐旱性，存活率顯著低于野生型。細(xì)胞色素P450是植物代謝中最大的酶家族，參與植物生長(zhǎng)發(fā)育、應(yīng)激和各種生理過(guò)程。研究表明，苜蓿細(xì)胞色素P450基因MsCYP71的表達(dá)會(huì)受到干旱脅迫的誘導(dǎo)，沉默MsCYP71基因顯著降低了苜蓿的抗旱性，MsCYP71在煙草中的異源過(guò)表達(dá)顯著增強(qiáng)了轉(zhuǎn)基因煙草的抗旱性[25]

除了以上功能基因和轉(zhuǎn)錄因子外，植物激素作為信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)因子，也參與了植物干旱脅迫的過(guò)程，幫助植物適應(yīng)不良環(huán)境。干旱脅迫下（土壤相對(duì)含水量為 45% ），燕麥內(nèi)源脫落酸（abscisicacid，ABA）和茉莉酸（jasmonicacid，JA）含量均會(huì)顯著升高[26]。干旱時(shí) ABA 累積是一種主要的根源信號(hào)物質(zhì)，經(jīng)木質(zhì)部蒸騰流到達(dá)葉的保衛(wèi)細(xì)胞，抑制內(nèi)流 K⁺ 通道和促進(jìn)蘋果酸的滲出，使保衛(wèi)細(xì)胞膨壓下降，引起氣孔關(guān)閉，蒸騰減少[27]。外源施加ABA可增加玉米根系水力導(dǎo)度，而且干旱條件下根系內(nèi)源ABA增加會(huì)促進(jìn)根系水分傳導(dǎo)的恢復(fù)和根系滲水速率[28]。Li等[29]研究發(fā)現(xiàn)水稻中ABA信號(hào)通路的負(fù)調(diào)控因子OsABI-LIKE2過(guò)量表達(dá)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致種子根縮短，根節(jié)變短，根毛、根直徑和根總數(shù)均少于野生型，轉(zhuǎn)基因植株對(duì)干旱更為敏感。細(xì)胞分裂素（Cytokinin，CTK）是調(diào)節(jié)植物根系生長(zhǎng)發(fā)育的重要負(fù)調(diào)控激素。在大麥中過(guò)量表達(dá)AtCKX1基因會(huì)導(dǎo)致大麥根系增大、抗旱性提高[30]。外源MeJA可增強(qiáng)玉米根系水通道蛋白的表達(dá)，進(jìn)而提高幼苗根系吸水能力，提高玉米幼苗的抗旱性[31]。

植物抗旱是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，其對(duì)干旱的耐受力并不取決于單一因素。植物抗旱性的研究重點(diǎn)已經(jīng)逐漸由生理生化轉(zhuǎn)移到轉(zhuǎn)錄組學(xué)、代謝組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)等分子生物學(xué)層面。本研究借助高通量測(cè)序技術(shù)，從整體層面概要性地分析了水分脅迫下燕麥種子萌發(fā)期差異表達(dá)基因，并對(duì)潛在的候選基因進(jìn)行了挖掘，為燕麥水分脅迫應(yīng)答調(diào)控網(wǎng)絡(luò)、篩選關(guān)鍵基因和分子設(shè)計(jì)育種等研究提供理論數(shù)據(jù)。

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Transcriptomic Analysis of Oat Seeds during Germination Stage under Water Stress

AN Jianghong，WANG Liwei，SIQIN Bateer，ZHAO Mengran， LIU Hongkui， ZHAO Peiyi and HE Jiangfeng （Research Institute of Biotechnology，Inner Mongolia Academy of Agricultural and Animal Husbandry Sciences，HohhotO1oo31，China）

Abstract Drought stress is one of the most severe abioticfactors affecting oat production.To understand the regulatory mechanisms of drought stress during oat germination， we used transcriptome sequencing technology to analyze the gene expression of oat germinating seeds under drought stress. Oat varieties with strong drought resistance were selected from our previous studies and were utilized as experimental materials.In this study， the Ilumina high-throughput sequencing platform was used to sequence the transcriptomes of oat germinating seeds under drought conditions simulated with a PEG6000 solution. The equal volume of distilld water was used as the treatment control. As a result，a totalof 78.12Gb of clean data were obtained from six samples，with all samples having Q3O scores greater than 92.8% . A total of 12 405 differentially expressed genes were identified，including 5 110 up-regulated genes and 7 295 down-regulated genes. The up-regulated genes were significantly enriched in the biosynthesis pathways of propane， piperidine，pyridine alkaloids，and flavonoids. The down-regulated expresson genes were notably enriched in the biosynthesis and photosynthesis pathways of phenylpropanoids. Six functional genes，namely chalcone synthase， β -glucosidase，cytochrome P450 ， late embryogenesis abundant protein，aquaporin，and trehalose-6-phosphate phosphatase，along with four regulatory genes（WRKY，MYB，bZIP and NAC），were identified as candidate genes for further verification and characterization.

Key wordsOat;Water stress;Transcriptome;Gene discovery

Received 2023-10-13 Returned 2023-12-22

Foundation item Key Technology Project of Inner Mongolia（No.2021GGo03O）； Inner Mongolia Agriculture and Animal Husbandry Innovation Fund（No. 202oCXJJN13，No. 2022CXJJNO4）； Natural Science Foundation of Inner Mongolian Region（No.2023QNo30l9）；Major Science and Technology Project of Inner Mongolian Region（No.2020ZDo005-05）； Science and Technology Major Project of Ordos City（No. ZD202323141）; Meat Sheep Industry Technology Innovation and Extension System of Inner Mongolia Region.

First authorAN Jianghong，female，assistant research fellw. Research area：oat breeding.E-mail：ajh _gz@163.com

WANG Liwei（co-first author），male，associate research fellow. Research area： biotechnology. E-mail：18747977760@163.com

Corresponding authorZHAO Peiyi， male，Ph. D， research fellow. Research area：dry farming agriculture.E-mail： zhpyl972@163.com

HE Jiangfeng， female，Ph.D，research fellow. Research area：development of plant resistance and functional active substances. E-mail：13704781032@163.com

（責(zé)任編輯：郭柏壽 Responsibleeditor：GUOBaishou）