文献解读 | 3.5+BMC Genomics Iso-seq+RNA-seq探究亚麻籽在干旱胁迫下的调控机制

研究材料

亚麻籽NY-17；亚麻籽Z141

研究技术

Iso-seq；RNA-seq；RT-PCR

研究背景

  亚麻(Linum usitatissimum L.)又称亚麻籽，是世界上重要的油料作物之一。它含有对人体有益的不饱和脂肪酸和植物激素。其中，α-亚麻酸(ALA)和secoisariciresinol dilucoside (SDG)已被证实可促进神经系统发育，显著降低乳腺癌风险。此外，亚麻籽是一种相当耐寒的品种，比许多其他粮食作物具有更高的耐旱性。因此，在我国西部和西北省份如甘肃、内蒙古等干旱频率最高、持续时间最长的地区广泛种植。尽管如此，DS仍然是亚麻籽生产的主要限制。自1995年以来，为了提高亚麻籽在周期性干旱条件下的抗逆性和提高作物产量，长期开展了传统育种计划，获得了增强对DS的耐受性的转基因亚麻籽植株，但它是如何发挥作用的还是一个悬而未决的问题。

研究结果

   本研究通过测定不同亚麻籽品种的抗旱性，探讨DS和重复干旱(RD)胁迫对亚麻籽转录的响应。利用Iso-seq和RNA-seq，对DS和RD胁迫下抗旱品种(Z141)和干旱敏感品种(NY-17)苗期转录组进行全长测序。GO和 REVIGO富集分析表明，与NY-17相比，Z141的上调基因在与植物耐旱性相关的功能通路中富集更多。共鉴定出4436个转录因子，其中1190个转录因子对胁迫反应敏感。此外，蛋白-蛋白相互作用(PPI)网络分析表明，脯氨酸生物合成途径通过RAD50 (DNA修复蛋白50)相互作用蛋白1 (RIN-1)与应激反应基因相互作用。最后，通过RT- PCR验证脯氨酸生物合成和DNA修复结构基因的表达模式。

  作者构建了一个调控模型。该模型显示了脯氨酸的生物合成、DNA修复、转录因子活性和信号通路是如何调控亚麻籽抗旱性提高的。本研究结果深化了对亚麻籽抗旱分子机制的认识，以及亚麻籽对田间常见干旱胁迫的响应，为了解亚麻籽的抗旱适应性提供了新的视角。这是首次利用单分子长读序列在全基因组范围内比较和分析不同抗旱性亚麻籽品种在不同干旱处理下的基因表达谱。因此，本研究将为亚麻籽抗旱基因的鉴定和功能分析奠定基础。

图：基于本研究结果和亚麻籽叶响应调控网络的假想模型

参考文献：

Wang W ,  Wang L ,  Wang L , et al. Transcriptome analysis and molecular mechanism of linseed (Linum usitatissimum L.) drought tolerance under repeated drought using single-molecule long-read sequencing[J]. BMC Genomics, 2021, 22(1).. DOI：10.1186/s12864-021-07416-5