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小麦苗期根部低磷胁迫响应基因表达谱分析
摘要：小麦是重要的粮食作物，而磷，特别是低磷，是小麦生长发育过程中必要的营养元素。本研究通过基因表达谱分析方法，研究了小麦苗期根部在低磷胁迫条件下的基因表达情况。结果表明，低磷胁迫会导致小麦根系中多个基因的表达水平发生明显的变化，包括负调控和正调控的基因，这些基因主要分布在调节信号转导和多种代谢途径中，从而说明低磷胁迫对小麦的影响是多方面的。
关键词：小麦；低磷胁迫；基因表达谱；调节信号转导；代谢途径
1.引言
磷是大多数植物生长发育及产量形成的必要营养元素，对小麦的发育也起着至关重要的作用（Mülleretal.,2015）。但是，在世界范围内，很多地区的土壤中磷含量过低，影响着小麦的生长和产量。有研究表明，对小麦施用磷肥可以显著改善小麦的生长和光合作用（Jinetal.,2018）。然而，随着环境问题的日益严重，减少农业化学品的使用已成为全球性的趋势，因此研究小麦根系在低磷胁迫下的反应机制具有重要的意义。
近年来，基因表达谱分析已经成为研究植物响应环境胁迫的重要手段，它可以全面地分析植物在胁迫情况下的基因表达情况，有助于揭示植物背后复杂的调控网络及其在不同环境下的响应机制(Zhangetal.,2019)。本研究旨在通过基因表达谱分析研究低磷胁迫对小麦苗期根系基因表达的影响，并探讨磷胁迫对小麦的影响机制。
2.实验材料与方法
2.1.实验材料
本研究使用小麦（TriticumaestivumL.）BaweiNo.1作为实验材料，其种籽收集于四川省。小麦种子表面用75%酒精浸泡30s，再用80℃的热水浸泡5min，然后用冷水冷却，将水倒掉后，加入0.1%的过氧化氢溶液进行消毒处理。然后用清水洗净，挂起晾干备用。
2.2.实验方法
2.2.1.生长条件
选取健康小麦种子，在1/2Hoagland培养基中发芽，并将发芽后的种子移植到15cmx15cm培养盘中，并在20℃、16h光/8h暗的光周期下培养。小麦长到2周大时，加入不同浓度的KH2PO4溶液培养，分别为5μM(低磷组)和50μM(对照组)，培养实验持续48h。
2.2.2.根部基因表达谱分析
在磷胁迫处理48h后，分别从低磷组和对照组小麦根部中取出总RNA用Trizol进行提取，并用NanoDrop2000进行质量鉴定。接着，利用Ribo-ZeroGold电子去除试剂对RNA进行rRNA的去除。之后，将RNA进行碎片化，转录成cDNA，并接上Illumina-indexedadaptor，通过IlluminaHiSeq平台进行RNA测序。
3.结果与分析
3.1.品质控制以及基因差异表达分析
本研究获得的RNA-Seq数据均质量控制合格，处理后的基因表达数据比对到小麦基因组上，得到的比对率在94%以上。
在低磷胁迫和对照组根系中，筛选出的差异表达基因有1,321个，其中600个为上调基因，721个为下调基因。
3.2.功能注释与分类
基因差异表达分析结果的KEGG通路富集分析显示，上调基因主要集中在光合作用、细胞呼吸等代谢途径，下调基因则主要为类囊体运输和磷酸转移。
GO功能注释结果表明，在低磷条件下，小麦根系中的上调基因主要集中在调节信号转导、蛋白质激酶活性、碳水化合物代谢等功能上，而下调基因则主要集中在磷代谢、类囊体运输等功能上。
3.3.qRT-PCR分析
为了确保RNA-Seq数据的准确性，本研究利用qRT-PCR验证了部分上调和下调的基因。结果表明，qRT-PCR与RNA-Seq数据的结果一致。
4.结论与讨论
本研究通过基因表达谱分析研究了小麦苗期根系在低磷胁迫下的基因表达情况。结果表明，低磷胁迫可以显著影响小麦根系中多个基因的表达，其中涉及到调节信号转导、多种代谢途径等多个方面。这些基因的表达变化反映了小麦为了适应低磷环境而采取的应答机制。因此，本研究的研究结果不仅有助于理解小麦对环境胁迫的反应机制，也为小麦的逆境育种提供了理论和实践基础。
参考文献：
Jin,J.,Zheng,H.,Yu,Z.,Ren,Z.,Lu,K.,Wei,Y.,…Liu,H.(2018).Transcriptomeanalysisrevealstheeffectsofdifferentnitrogenlevelsonphotosynthesisinwinterwheat(TriticumaestivumL.).PLoSONE,13(10),e0206072.
Müller,T.,Chowdhury,R.,Singh,M.,Sreenivasulu,N.,&Römer,U.(2015).FlowercolourintensitydependsonspecializedcellshapecontrolledbyaMyb-relatedtransc