高粱（Sorghum bicolor (L.) Moench）对不同持续时间干旱的响应：生理学、转录组学及加权基因共表达网络分析

《BMC Plant Biology》：Response of sorghum (Sorghum bicolor (L.) Moench) to various-duration of drought: physiology, transcriptome, and weighted gene co-expression network analysis

【字体：大中小】 时间：2026年02月12日 来源：BMC Plant Biology 4.8

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　　抗旱高粱对多时程干旱胁迫的生理响应及转录组学分析揭示了PHST和SSM关键模块及候选基因。

摘要

在全球范围内，干旱已成为农业发展的主要限制因素。因此，培育抗旱作物对于确保农业进步至关重要。高粱（Sorghum bicolor (L.) Moench）是一种具有优良耐旱性的重要生物能源作物；然而，其应对不同持续时间干旱胁迫的机制仍存在研究空白。本文研究了耐旱高粱在200 g/L PEG-6000模拟的不同持续时间干旱胁迫下的生理和转录组反应。高粱幼苗分别经历了0小时（对照组，A）、24小时（B）、48小时（C）、120小时（D）和168小时（E）的干旱胁迫。结果表明，B、C、D和E处理降低了叶片水分和叶绿素含量，但促进了超氧化物歧化酶和过氧化物酶的活性以及丙二醛和脯氨酸的积累。转录组分析发现，在A_vs._B、A_vs._C、A_vs._D和A_vs._E组中分别有1,841、1,170、1,808和2,392个差异表达基因（DEGs）；这些DEGs参与了光合作用、植物激素信号传导（PHST）以及淀粉和蔗糖代谢（SSM）。加权基因共表达网络分析（WGCNA）确定了两个关键模块，分别与PHST和SSM通路相关。在PHST通路中鉴定出140个DEGs，在SSM通路中鉴定出98个DEGs。值得注意的是，与颗粒结合淀粉合成酶相关的编码基因未受到短期干旱胁迫的显著影响。此外，通过WGCNA筛选出20个枢纽基因，其中、和被确定为特别关键的枢纽基因。总体而言，这258个基因，尤其是前四个基因，可能成为培育耐旱高粱的潜在候选基因。这些发现将为耐旱作物的分子育种提供宝贵的见解，并有助于在全球变暖背景下实现可持续的农业发展。

图形摘要

在全球范围内，干旱已成为农业发展的主要限制因素。因此，培育抗旱作物对于确保农业进步至关重要。高粱（Sorghum bicolor (L.) Moench）是一种具有优良耐旱性的重要生物能源作物；然而，其应对不同持续时间干旱胁迫的机制仍存在研究空白。本文研究了耐旱高粱在200 g/L PEG-6000模拟的不同持续时间干旱胁迫下的生理和转录组反应。高粱幼苗分别经历了0小时（对照组，A）、24小时（B）、48小时（C）、120小时（D）和168小时（E）的干旱胁迫。结果表明，B、C、D和E处理降低了叶片水分和叶绿素含量，但促进了超氧化物歧化酶和过氧化物酶的活性以及丙二醛和脯氨酸的积累。转录组分析发现，在A_vs._B、A_vs._C、A_vs._D和A_vs._E组中分别有1,841、1,170、1,808和2,392个差异表达基因（DEGs）；这些DEGs参与了光合作用、植物激素信号传导（PHST）以及淀粉和蔗糖代谢（SSM）。加权基因共表达网络分析（WGCNA）确定了两个关键模块，分别与PHST和SSM通路相关。在PHST通路中鉴定出140个DEGs，在SSM通路中鉴定出98个DEGs。值得注意的是，与颗粒结合淀粉合成酶相关的编码基因未受到短期干旱胁迫的显著影响。此外，通过WGCNA筛选出20个枢纽基因，其中、和被确定为特别关键的枢纽基因。总体而言，这258个基因，尤其是前四个基因，可能成为培育耐旱高粱的潜在候选基因。这些发现将为耐旱作物的分子育种提供宝贵的见解，并有助于在全球变暖背景下实现可持续的农业发展。