整合抗氧化预处理和激素-活性氧（ROS）信号传导机制的基因组热点区域，决定了大麦对寒旱胁迫的耐受性

《Plant Physiology and Biochemistry》：Genomic hotspots integrating antioxidant priming and hormone–ROS signaling shape barley resilience to Cold–Drought stress

　　

Fatmah Ahmed Safhi | Areej S. Jalal | Samar G. Thabet

沙特阿拉伯利雅得，Princess Nourah bint Abdulrahman大学科学学院生物系，邮政信箱84428，邮编11671

摘要

反复出现的寒冷天气和土壤水分不足日益威胁大麦的产量。尽管模型研究表明先前的压力可以赋予作物可遗传的“压力记忆”，但其机制基础在谷物中尚未得到明确。我们研究了138个全球大麦品种的连续三代，在冷害与干旱的复合胁迫条件下与水分充足的对照组进行了对比。我们将抗氧化酶、氧化还原代谢物以及六个产量相关指标整合到特定代的抗逆指数（STIs）中。全基因组关联分析显示了显著的跨代抗性增强现象：反复经历复合胁迫的品种表现出强70–90%的抗氧化反应。在2H、3H、4H和5H染色体上发现了33个显著的SNP位点，这些位点解释了58%的抗氧化抗逆指数变异和46%的籽粒数量变异。候选基因包括一个NAC转录因子、一个AUX/LAX生长素转运蛋白、一个β-葡萄糖苷酶以及一个F-box/WD40蛋白，这些基因共同构成了一个调控氧化还原平衡、激素信号传导和产量的保守网络。在转录水平上，复合干旱-寒冷胁迫引发了持续的变化：HvPRX40和HvBGLU12基因的表达在12–24小时达到峰值并持续升高至48小时；SCF/泛素成分HvFBXWD40a在12小时左右上调；生长素转运蛋白HvAUX1在6–12小时下调，但在24–48小时部分恢复。这些结果表明，在复合胁迫下，早期活性氧的清除和ABA介导的代谢活动会被增强并持续延长，而生长素的吸收在恢复稳态之前会暂时受到抑制。我们的发现表明，大麦的持久耐寒性和耐旱性是由多代抗性积累驱动的，并确定了富含遗传标记的基因组区域，这些区域可通过标记辅助选择或基因编辑加速气候适应性育种。