Plantarray高通量植物生理表型應(yīng)用——豇豆研究

Natural variation and gene regulatory basis for the responses of asparagus beans to soil drought

豇豆對(duì)土壤干旱響應(yīng)的自然變異及基因調(diào)控基礎(chǔ)

蘆筍豆（Vigna unguiculata ssp. sesquipedalis）是豇豆的亞洲亞種，豇豆是一種原產(chǎn)于非洲的抗旱豆類作物。為了探索蘆筍豆干旱反應(yīng)的遺傳變異，我們對(duì)中國蘆筍豆的抗旱性狀進(jìn)行了多年表型分析。表型分布表明ssp。盡管存在已知的國內(nèi)瓶頸，但sesquipedalis亞基因庫在干旱反應(yīng)中仍保持較高的自然變異。通過全基因組關(guān)聯(lián)研究 (GWAS)，發(fā)現(xiàn)39個(gè)SNP位點(diǎn)與抗旱性相關(guān)。全株用水關(guān)系通過蒸滲法在四種基因型之間進(jìn)行比較。觀察到與避免脫水有關(guān)的蒸騰模式和臨界土壤水分閾值的明顯基因型差異，表明每個(gè)基因型對(duì)其自身氣候都有微妙的適應(yīng)機(jī)制。微陣列基因表達(dá)分析表明，已知的抗旱通路如ABA和磷酸鹽脂質(zhì)信號(hào)通路在不同基因型之間是保守的，而某些水通道蛋白基因和激素基因的差異調(diào)控可能對(duì)基因型差異很重要。本文結(jié)果表明，對(duì)土壤水分含量的不同敏感性是配置基因型對(duì)水分虧缺的特異性反應(yīng)的一個(gè)重要機(jī)制。所鑒定的SNP標(biāo)記為標(biāo)記輔助育種提供了有用的資源。

圖1.四個(gè)品系的全株生長(zhǎng)速率和水分利用效率（WUE）

植物生長(zhǎng)速率和水分利用效率(WUE) 表現(xiàn)出品系之間的主要差異（圖 1A、B）。B128在良好澆水條件下生長(zhǎng)速度最快，WUE最高；然而，干旱處理導(dǎo)致該品系的生長(zhǎng)潛力損失最大（圖1C）。B47顯示出緩慢的生長(zhǎng)速度和適度的WUE，響應(yīng)干旱處理，生長(zhǎng)潛力損失較小。B118和B253表現(xiàn)出這些參數(shù)的更大穩(wěn)定性。

圖2.整株植物對(duì)環(huán)境變化的響應(yīng)，標(biāo)準(zhǔn)化為植物重量和蒸汽壓差(VPD)。

全株蒸騰作用（ET）和ET歸一化為植株大小（ET/重量）；ETW）和土壤含水量（SWC）的消耗表明，植物蒸騰作用取決于大小（圖2）。B128在WW條件下表現(xiàn)出最高的ET，單位質(zhì)量的水分損失（ETW）zui低，而B118和B47則表現(xiàn)出相反的模式。

圖3. 午間蒸騰與土壤含水量

對(duì)于每個(gè)基因型，TW與SWC的曲線圖顯示了一個(gè)明顯的、恒定的午間蒸騰水平（Emax），直到土壤含水量達(dá)到一個(gè)臨界值（θcr），此時(shí)蒸騰速率出現(xiàn)下降（圖3A，B）。這種ETW（SWC）模式表明，只有當(dāng)SWC<θcr時(shí)，土壤水分有效性才成為一個(gè)限制因素，并且在土壤水分逐漸枯竭的情況下，每一次入滲都具有保持最大蒸騰速率的*能力。B47和B128線可能對(duì)土壤水分虧缺最敏感和最不敏感，因?yàn)樗鼈儽憩F(xiàn)出最高和低的θcr值（圖3C，D）。B47 在達(dá)到 θcr 后也顯示出最高的 ET 下降率（圖 3D）表明該線達(dá)到了*的脫水避免響應(yīng)。