整合性的WGCNA分析揭示了褪黑素在缓解马铃薯干旱胁迫中的分子机制

马铃薯干旱胁迫中褪黑素缓解机制及分子调控研究：外源褪黑素（50-150 μmol/L）处理显著改善干旱诱导的生长抑制、氧化损伤及光合效率下降，通过提升抗氧化酶（SOD、CAT、POD）活性及渗透调节物质（脯氨酸、可溶性糖）水平发挥作用，转录组分析揭示其调控MYB、NAC等转录因子及光合、抗氧化代谢通路，过表达StMYB和StAPX在拟南芥中验证其增强抗旱性。

　　

摘要

干旱是限制马铃薯（Solanum tuberosum L.）生长、发育和产量的主要非生物胁迫因素之一。褪黑素是一种新型植物激素，最近研究表明它在增强植物抗逆性方面具有显著潜力。然而，褪黑素在马铃薯应对干旱胁迫时的调控机制仍不明确。在本研究中，将马铃薯幼苗置于受控干旱条件下，用不同浓度的外源褪黑素（50、100和150 μmol L?1）进行处理，以系统评估其生理和分子响应。结果表明，适当浓度的褪黑素处理（尤其是100 μmol L?1）有效缓解了干旱引起的生长抑制、氧化应激和光合作用障碍。这体现在植株高度增加、光合作用效率提高、活性氧（ROS）积累减少、细胞死亡和脂质过氧化降低，以及抗氧化酶活性（超氧化物歧化酶 - SOD、过氧化氢酶 - CAT、过氧化物酶 - POD）和渗透保护物质（脯氨酸 - Pro和可溶性糖 - SS）水平上升。转录组分析显示，褪黑素调节了多种干旱响应的差异表达基因（DEGs），包括多个转录因子（TF）家族（如MYB、NAC、ERF），以及与光合作用、抗氧化代谢、激素信号传导和碳代谢相关的通路。此外，加权基因共表达网络分析（WGCNA）和Mfuzz聚类识别出与光合作用表现和抗氧化指标密切相关的关键基因模块和中心枢纽基因。在拟南芥中过表达StMYB和StAPX显著增强了干旱耐受性，通过提高抗氧化酶活性并在缺水条件下维持膜稳定性。本研究为在马铃薯干旱胁迫中应用褪黑素提供了理论基础，并为开发基于褪黑素的农艺策略以提高干旱耐受性奠定了分子基础。