整合直系同源关系与跨物种转录组学解析蚕豆和玉米的根系干旱响应

在土壤干燥过程中，位于土壤上层和深层的根系经历着不同的水力环境，然而，伴随并可能驱动根系吸水能力发生深度特异性变化的分子程序仍知之甚少。在本研究中，我们将深度分辨率RNA测序与此前测定的水力吸水剖面相结合，以解析这一问题。研究对象为盆栽蚕豆（*Vicia faba*）和玉米（*Zea mays*）——两种根系构型存在显著差异的作物；样品取自土壤干燥开始时及干燥4天后根系的上部（干燥区）和下部（相对湿润区）。差异表达分析显示，在两种植物中，根系上部均主导了转录响应，这与土壤上层干燥过程中更为严峻的水力胁迫相一致。玉米表现出以TIP型水通道蛋白和脱水素为主导的干旱响应，而蚕豆则诱导了NIP样水通道蛋白以及更为广泛的LEA蛋白家族，表明两者在根系吸水和细胞胁迫保护方面采取了不同的策略。为比较这两种亲缘关系较远物种之间的转录组响应，我们利用OrthoFinder对26个物种中的直系同源基因进行了分组。通过这一方法，我们鉴定出905个干旱响应直系同源基因组，其中仅有17%在两种植物之间共有，尽管两者总体上表现出趋同的基因本体（GO）富集模式。系统发育追踪显示，蚕豆特异性和玉米特异性的干旱响应直系同源基因组中，分别有95.7%和90.3%在单子叶植物和双子叶植物谱系中均得到保守，这表明，物种特异性的干旱转录组主要源于祖先基因家族的差异化招募，而非谱系特异性创新。这些发现构建了一个将根系水力结构与干旱条件下基因调控相联系的分子框架，并鉴定出保守的转录调控枢纽，可作为同时改良蚕豆和玉米广谱非生物胁迫耐性的潜在靶点。

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📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.09.07.749847v1?rss=1

🏷️ 根系干旱响应 跨物种转录组学 直系同源基因 水通道蛋白 非生物胁迫耐性