利用维生素K3的预处理效应：对大麦中赋予耐盐性的根系及氧化还原网络进行全基因组图谱分析

《Plant Molecular Biology Reporter》：Harnessing vitamin K3 priming: Genome-Wide Mapping of Root and Redox Networks Conferring Salt Tolerance in Barley

维生素K3预处理可缓解盐胁迫对大麦发芽及根系发育的抑制，并通过GWAS鉴定出多个调控根系结构、抗氧化及渗透调节的关键基因位点，为耐盐育种提供新靶点。

　　

摘要

盐分通过减缓发芽速度和限制根系结构（RSA）显著影响大麦的建立。在138个基因型中，我们通过结合高通量表型分析和全基因组关联研究（GWAS）来测试维生素K₃（甲萘醌亚硫酸钠，MSB）种子处理是否能够抵消这些早期不利影响。在200 mM NaCl条件下，最终发芽率（GP）下降了约11%，平均发芽时间（MGT）延长了约24%，核心RSA特征（主根长度、侧根数量和侧根密度）下降了14–24%。整株植物的指标如最大根系深度、茎基部直径、表面积和体积进一步下降了15–30%，最终导致植株矮小和生物量减少。MSB处理显著逆转了这些趋势：最终发芽率回升了约10%，平均发芽时间恢复到接近对照水平（相比盐处理减少了21%），根长和分枝增加了16–20%。茎秆伸长和生物量恢复了10–25%，部分恢复了根系结构的损伤。盐分单独处理导致抗氧化酶活性（SOD、CAT、POD、APX、GR、GST）增加了50–80%；而MSB处理使这些酶的活性额外增加了10–30%，同时减少了应激引起的渗透调节物质积累（脯氨酸增加了30–35%，可溶性糖含量略低于仅盐处理的情况）。GWAS确定了几个与RSA相关的染色体范围位点，这些位点将RSA与氧化还原和渗透调节特性联系起来。7H染色体上的一个显著多性状区间与根系深度/体积和可溶性糖含量相关联，而6H染色体上的一个位点与生物量、胚根数量和轴向伸长相关。其他位点涉及细胞壁重塑（多聚半乳糖醛酸酶，1H）、激素糖基化（UDP-糖基转移酶，2H）、蛋白质稳态（F-box，3H）以及转录韧性（DEAD-box解旋酶，4H）的基因，以及5H染色体上的一个紧凑调控簇（HD-ZIP、LRR、P450、F-box、GDSL），该簇协调根系起始和轴向生长。总体而言，MSB处理结合这些遗传热点为培育具有抗盐性的、对处理有响应的大麦提供了可行的标记和机制假设。

图形摘要

此图片的替代文本可能是由AI生成的。

盐分通过减缓发芽速度和限制根系结构（RSA）显著影响大麦的建立。在138个基因型中，我们通过结合高通量表型分析和全基因组关联研究（GWAS）来测试维生素K₃（甲萘醌亚硫酸钠，MSB）种子处理是否能够抵消这些早期不利影响。在200 mM NaCl条件下，最终发芽率（GP）下降了约11%，平均发芽时间（MGT）延长了约24%，核心RSA特征（主根长度、侧根数量和侧根密度）下降了14–24%。整株植物的指标如最大根系深度、茎基部直径、表面积和体积进一步下降了15–30%，最终导致植株矮小和生物量减少。MSB处理显著逆转了这些趋势：最终发芽率回升了约10%，平均发芽时间恢复到接近对照水平（相比盐处理减少了21%），根长和分枝增加了16–20%。茎秆伸长和生物量恢复了10–25%，部分恢复了根系结构的损伤。盐分单独处理导致抗氧化酶活性（SOD、CAT、POD、APX、GR、GST）增加了50–80%；而MSB处理使这些酶的活性额外增加了10–30%，同时减少了应激引起的渗透调节物质积累（脯氨酸增加了30–35%，可溶性糖含量略低于仅盐处理的情况）。GWAS确定了几个与RSA相关的染色体范围位点，这些位点将RSA与氧化还原和渗透调节特性联系起来。7H染色体上的一个显著多性状区间与根系深度/体积和可溶性糖含量相关联，而6H染色体上的一个位点与生物量、胚根数量和轴向伸长相关。其他位点涉及细胞壁重塑（多聚半乳糖醛酸酶，1H）、激素糖基化（UDP-糖基转移酶，2H）、蛋白质稳态（F-box，3H）以及转录韧性（DEAD-box解旋酶，4H）的基因，以及5H染色体上的一个紧凑调控簇（HD-ZIP、LRR、P450、F-box、GDSL），该簇协调根系起始和轴向生长。总体而言，MSB处理结合这些遗传热点为培育具有抗盐性的、对处理有响应的大麦提供了可行的标记和机制假设。

图形摘要

此图片的替代文本可能是由AI生成的。