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为探究水稻应对干旱胁迫机制，研究人员分析相关基因表达及代谢物，发现嘌呤代谢关键作用，提供研究基础。
在大自然的舞台上，水稻作为全球重要的粮食作物，养育着数十亿人口。然而，随着全球气候变化，干旱等非生物胁迫日益严重，成为限制水稻产量的 “头号大敌”。据联合国粮食及农业组织（FAO）报告，全球仍有 7.33 亿人饱受饥荒困扰，确保水稻在干旱威胁下的良好生长迫在眉睫。
在植物的生命活动中，嘌呤代谢是一个至关重要的过程。嘌呤不仅是构成 DNA 和 RNA 的氮碱基，还以 ATP（三磷酸腺苷）、GTP（三磷酸鸟苷）等形式为细胞活动提供能量，同时也是 NADH（还原型辅酶 I）和 Co-A（辅酶 A）等辅酶的前体，在细胞的生化过程中扮演关键角色。不过，目前对植物嘌呤核苷酸代谢的研究大多集中在拟南芥上，在水稻等其他植物中的研究相对较少。而且，核苷酸代谢如何调控植物生长发育以及对非生物胁迫的适应性，其分子机制仍不明确。为了深入了解水稻应对干旱胁迫的内在机制，杭州师范大学的研究人员开展了一系列研究，相关成果发表在《Plant Growth Regulation》上。
研究人员运用了多种关键技术方法来探索水稻在干旱胁迫下的奥秘。RNA 测序（RNA-Seq）用于分析干旱胁迫下水稻基因表达的差异；基因本体（GO）和京都基因与基因组百科全书（KEGG）富集分析，以了解差异表达基因（DEGs）的潜在功能、相互作用和调控途径；定量逆转录 PCR（qRT-PCR）则对参与嘌呤代谢（合成与分解代谢）的基因表达水平进行了精准测定；利用液相色谱 - 质谱联用仪（LC-MS）对嘌呤核苷进行定量代谢物分析。
研究结果显示：
- 转录水平响应：通过构建 RNA-Seq 文库和转录组分析，研究人员发现，与未受干旱处理的水稻幼苗相比，6 小时干旱处理后的水稻幼苗有 7298 个差异表达基因，其中 2962 个上调，4336 个下调。GO 富集分析表明，上调基因参与 “对化学物质的响应”“对非生物刺激的响应” 等生物过程；下调基因则与质体、叶绿体等相关。KEGG 富集分析显示，干旱处理后，参与代谢途径、植物激素信号转导等的基因表达上升，而部分代谢途径和次生代谢产物生物合成相关基因表达下降。这表明水稻能通过调节相关基因表达来应对干旱胁迫，并且一些参与嘌呤代谢的基因在干旱条件下有响应，暗示嘌呤代谢在水稻应对干旱中起重要作用。
- 嘌呤代谢基因表达模式：qRT-PCR 验证结果显示，参与嘌呤从头合成的基因如谷氨酰胺磷酸核糖焦磷酸酰胺转移酶（OsPRAT）、甲酰甘氨脒核苷酸合酶（OsFGAMS1）和腺苷酸琥珀酸合酶（OsASS2）表达下调，说明干旱胁迫下水稻嘌呤生物合成减弱。同时，参与嘌呤核苷酸生成的基因如核糖核苷酸还原酶（OsRNRL1、OsRNAL2 和 OsRNRS）和核苷二磷酸激酶（OsNDPK2）表达也下调，表明脱氧核糖核苷酸和核糖核苷 / 脱氧核糖核苷三磷酸（NTP/dNTP）的生成受到负调控。而参与嘌呤核苷酸分解代谢的基因如腺苷酸脱氨酶（OsAMPD）、XMP 磷酸酶（OsXMPP）等表达增加，意味着干旱胁迫下水稻嘌呤分解代谢在转录水平上被上调。
- 嘌呤核苷代谢物响应：LC-MS 定量分析发现，干旱处理后，水稻体内腺苷、鸟苷和黄苷的含量显著增加，肌苷也有积累趋势。这表明嘌呤核苷代谢物的增加参与了水稻对干旱胁迫的适应性响应。
在讨论部分，研究人员指出，嘌呤代谢在植物中起着关键作用。在拟南芥中，肌苷和 IMP 能影响植物自噬，鸟苷积累与应对长期黑暗胁迫有关，XDH 基因敲低的突变体对干旱胁迫更敏感。在水稻中，OsRNRL1 和 OsRNRS 突变体的表型受温度影响，OsNDPK2 突变体在不同温度下也有不同的叶片表型，说明脱氧核苷酸生成和核苷三磷酸形成在水稻应对非生物胁迫中至关重要。
本研究首次系统地揭示了水稻在干旱胁迫下嘌呤代谢相关基因的表达变化以及嘌呤核苷含量的改变，为进一步研究嘌呤核苷酸代谢影响水稻对非生物胁迫的响应机制提供了重要基础。不过，目前水稻嘌呤代谢介导的干旱胁迫响应机制尚未完全明确，未来还需要更多的研究来深入探索，这对于提高水稻的抗旱性、保障全球粮食安全具有重要意义。<>
从农业生产角度来看，这些研究成果具有潜在的应用价值。如果能深入了解嘌呤代谢在水稻抗旱中的分子机制，或许可以通过基因工程手段，调控相关基因的表达，培育出更具抗旱性的水稻品种。这将有助于减少干旱对水稻产量的影响，保障全球粮食供应的稳定。
随着研究技术的不断进步，相信未来在这一领域会取得更多突破。科学家们可以利用更先进的基因编辑技术，如 CRISPR-Cas9 系统，对水稻嘌呤代谢相关基因进行精准编辑，深入探究其功能。同时，结合代谢组学、蛋白质组学等多组学技术，全面解析水稻在干旱胁迫下的分子调控网络，为提高水稻的抗逆性提供更坚实的理论基础和技术支持。
