通过对 Saccharum spontaneum 在午后快速光合作用恢复过程的比较生理学和转录组学分析，发现了可用于甘蔗改良的潜在途径

《BMC Plant Biology》：Comparative physiological and transcriptomic analysis of rapid post-midday photosynthetic recovery in Saccharum spontaneum reveals candidate pathways for sugarcane improvement

　　

摘要

背景

全球气候变暖日益加剧了高温对作物产量和品质的负面影响。Saccharum spontaneum是一种野生资源，作为甘蔗的重要遗传库，在提高甘蔗耐热性方面具有巨大的遗传价值。最新研究表明，S. spontaneum不仅为现代甘蔗育种提供了抗性基因，还促进了当代甘蔗品种的糖分积累。然而，其在受到热和高光双重胁迫后光合作用恢复的分子机制仍不清楚。

材料与方法

本研究在自然高温和高光条件下评估了20个品系，分别在09:00、14:00和17:00测量其光合作用参数。研究发现有两个品系在午后光合速率的恢复情况存在显著差异：快速恢复的品系82–114（L114）和缓慢恢复的品系2021-17（L17）。

结果

转录组测序和差异表达分析显示，差异表达基因（DEGs）主要富集在与植物激素信号传导、抗氧化酶系统、光合作用和碳代谢相关的通路中。进一步的加权基因共表达网络分析（WGCNA）确定了与L114下午样本高度相关的共表达模块，以及关键调控因子，包括WRKY、NF-YC、CAMTA、C2H2和RLK家族成员。生理和分子数据共同表明，L114通过重塑乙烯、茉莉酸和生长素信号通路；协调增强过氧化物酶体相关抗氧化系统；暂时下调并随后恢复光系统中的光捕获和电子传输基因表达；以及精细调节糖酵解、三羧酸（TCA）循环和戊糖磷酸途径，从而在热和高光胁迫下表现出“损伤抑制–快速修复–光合作用恢复”的动态响应。这是首次研究在午后光合作用抑制后快速恢复的潜在机制，并鉴定出具有高光合能力和快速午后恢复能力的种质资源。这些机制见解为甘蔗育种中的功能验证和遗传改良提供了新的候选靶点。