SiNRX1通过转录组-蛋白质组调控谷子抗旱性的分子机制解析

本研究针对谷子抗旱分子机制不清的问题，通过CRISPR/Cas9技术敲除SiNRX1基因，结合多组学分析发现SiNRX1缺失导致苯丙烷生物合成通路紊乱，显著降低谷子萌发期和苗期抗旱性。该研究为C4作物抗旱育种提供新靶点，对保障粮食安全具有重要意义。

　　

随着全球气候变暖加剧，干旱已成为限制农业生产的主要非生物胁迫因素。面对这一挑战，解析作物的抗旱机制、挖掘关键抗旱基因成为农业科学研究的重要方向。谷子（Setaria italica L.）作为一种抗旱性较强的C4模式作物，不仅具有高质量的参考基因组，更是干旱半干旱地区重要的粮食作物。然而，干旱胁迫导致活性氧（ROS）积累，破坏植物体内生物大分子，进而影响作物生长发育。植物通过抗氧化防御系统维持ROS平衡，其中硫氧还蛋白（TRX）超家族成员在氧化还原调节中发挥关键作用。

核氧还蛋白（NRX）作为TRX超家族的重要成员，具有典型的TRX折叠结构和活性位点，可能通过调节多种底物参与植物应激响应。前期研究表明过表达SiNRX1能增强拟南芥的抗旱性，但该基因在谷子中的具体功能机制尚不明确。为此，研究人员在《BMC Genomics》发表了题为"Transcriptomics-proteomics analysis reveals the role of SiNRX1 in regulating drought stress in foxtail millet"的研究论文，通过基因编辑技术结合多组学分析，系统揭示了SiNRX1调控谷子抗旱性的分子机制。

研究团队主要运用CRISPR/Cas9基因编辑技术构建突变体，通过生理指标测定评估表型，并采用RNA-seq转录组测序和数据非依赖采集（DIA）定量蛋白质组学进行机制探索。

sinrx1突变体植株的创制

利用CRISPR/Cas9系统对谷子品种晋谷21（Jingu 21）的SiNRX1基因进行编辑，获得4种纯合突变株系。RT-qPCR验证显示突变体中SiNRX1表达量显著降低，为后续功能研究提供材料基础。

sinrx1突变体与WT在萌发期和苗期对干旱胁迫的响应

在萌发期，20% PEG 6000模拟干旱处理7天后，突变体的发芽率、根长和芽长均显著低于WT。苗期干旱胁迫下，突变体存活率、叶绿素含量、脯氨酸含量、过氧化物酶（POD）和过氧化氢酶（CAT）活性明显下降，而丙二醛（MDA）含量显著升高，表明SiNRX1缺失导致谷子抗旱性降低。

通过RNA-seq分析SiNRX1介导的抗旱调控机制

转录组分析发现2253个SiNRX1特异性调控的干旱响应基因，这些基因显著富集于苯丙氨酸/酪氨酸/色氨酸生物合成、植物激素信号转导、苯丙烷生物合成等通路。GO分析显示这些基因主要参与激素水平调节、氧化还原过程等生物过程。

通过DIA定量蛋白质组学分析SiNRX1介导的抗旱调控机制

蛋白质组学鉴定出155个SiNRX1特异性调控的干旱响应蛋白，这些蛋白显著富集于次级代谢物生物合成、油菜素甾醇生物合成、苯丙烷生物合成等通路。亚细胞定位预测显示这些蛋白主要分布于细胞膜、细胞核等部位。

通过RNA-seq与蛋白质组学联合分析SiNRX1介导的抗旱调控机制

整合分析发现14对基因/蛋白在转录水平和蛋白水平表达一致，其中Seita.7G168800（苯丙氨酸解氨酶PAL）和Seita.J003100（过氧化物酶）在苯丙烷生物合成通路中共同富集。这些蛋白可能是SiNRX1的潜在作用靶点，介导谷子的抗旱响应。

本研究通过多组学联合分析，揭示了SiNRX1通过调节苯丙烷生物合成通路关键酶（如PAL和过氧化物酶）的氧化还原状态，影响抗氧化代谢和激素信号转导，从而调控谷子抗旱性的分子机制。研究发现不仅为作物抗旱育种提供新基因资源，也为理解TRX超家族蛋白在植物应激响应中的功能提供新视角。该研究建立的转录组-蛋白质组分析策略为作物抗逆研究提供重要参考，对提升C4作物抗旱性和保障粮食安全具有重要理论价值。