干旱胁迫下地梢瓜的转录组调控分析

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地梢瓜和雀瓢是萝藦科鹅绒藤属(CynachumLinn.)多年旱生的药食同源植物,具有较强的抗旱性。为深入解析地梢瓜和雀瓢的耐旱机制,以地梢瓜和雀瓢的幼苗为试材,利用高通量Illumina测序技术探究其响应干旱胁迫的基因表达;利用RNA-Seq和WGCNA相结合的方法,构建其加权基因共表达网络并划分模块,挖掘特异性表达的模块,通过对与重度干旱具有较高相关性的模块重点解析,预测与干旱胁迫相关的转录因子,为抗旱功能基因的挖掘奠定基础。地梢瓜和雀瓢种子播入装有2.4 kg土壤(沙土、园土和羊粪比例为7︰5︰2)的塑料花盆(高16cm,内径23 cm,质量0.9 kg),每盆播8粒种子,待植株正常生长至十对叶时选择生长势一致的幼苗进行试验。共设置4个水分处理:对照、轻度、中度和重度干旱,土壤含水量分别控制在基质田间最大持水量的65%~70%、45%~50%、25%~30%和5%~10%。每处理24盆。干旱梯度形成前使各盆的土壤相对含水量基本达到饱和,然后停止浇水让其自然干旱至设定标准。每天17:00记录盆栽质量和土壤含水量,根据当日耗水量补充水分。达到各水分梯度持续5d后,次日8:00采取植物叶片迅速放入液氮,15 min后取出存放于–80℃冰箱。每个处理3次重复。结果表明:干旱胁迫下地梢瓜和雀瓢叶片共获得207.58 Gb clean data,总基因数为55 268。共有18 708条基因注释到GO数据库,14 480条基因注释到KEGG数据库;地梢瓜轻度、中度和重度干旱处理与对照相比上调基因分别有75、2 768和6 077条,下调基因分别有83、3 605和5 383条;雀瓢轻度、中度和重度干旱处理与对照相比上调基因分别有269、2 103和2 763条,下调基因分别含有375、2 399和4 061条。差异基因显著富集到碳代谢、淀粉和蔗糖代谢、氨基酸生物合成、苯丙醇生物合成和植物激素信号转导途径。通过WGCNA构建干旱胁迫下地梢瓜和雀瓢基因共表达网络,得到地梢瓜grey60模块,greenyellow、brown和orange模块,orange、turquoise和violet模块分别与轻度、中度和重度胁迫显著相关。雀瓢轻度与lightgreen和saddlebrown模块,中度与lightcyan模块,重度与darkorange和darkturquoise模块显著相关,这些与重度干旱显著相关的模块主要富集到植物激素信号转导路径。在地梢瓜和雀瓢均鉴定出转录因子家族C3H、NF-X1、ERF、NAC、WRKY、CO-like、MYB_related、C2H2、G2-like和HD-ZIP。
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