全面共表达网络揭示 AsHSFA2c 调控燕麦耐旱与生长平衡的精细机制

为探究燕麦耐旱与生长平衡机制，研究人员构建共表达网络，发现 AsDOF25-AsHSFA2c-AsAGO1模块，助力燕麦耐旱研究。

　　干旱，如同农业领域的 “隐形杀手”，严重威胁着全球粮食安全。在干旱的侵袭下，植物的光合作用被迫中断，代谢陷入紊乱，最终导致农作物减产。燕麦，作为全球重要的粮食和饲料作物，对干旱有着较强的适应性。然而，由于缺乏成熟稳定的遗传转化系统和干旱胁迫相关的组学数据，目前在燕麦中鉴定出的抗旱相关基因相对较少。此外，植物在应对干旱时，如何平衡自身的耐旱能力与生长发育，这一机制在很大程度上仍是未知的。因此，深入挖掘燕麦中与耐旱性相关的关键基因，揭示其分子调控机制，对于提高燕麦的抗旱能力、保障农业生产具有至关重要的意义。

为了解开这些谜团，河北大学的研究人员展开了深入研究。他们的研究成果发表在《Communications Biology》上，为燕麦耐旱性的研究提供了新的视角和理论依据。

在这项研究中，研究人员运用了多种关键技术方法。首先，通过对燕麦进行不同处理（干旱、PEG6000 模拟干旱、ABA 和 IAA 处理），收集 84 个样本进行转录组测序，构建了全面的基因共表达网络。其次，利用加权基因共表达网络分析（WGCNA），结合相关性分析、模块分类和功能富集分析，鉴定出 84 个功能模块。此外，借助病毒诱导基因沉默（VIGS）系统，对候选基因进行功能验证；运用 DNA 亲和纯化测序（DAP-seq）等技术，深入探究基因间的调控关系。

研究结果如下：

1. 构建燕麦干旱响应和生长的共表达网络：研究人员生成了包含 84 个样本的基因表达图谱，经分析发现大量差异表达基因（DEGs），其中 13,301 个 DEGs 在多种处理中共享，暗示其在燕麦耐旱和生长中的潜在作用。通过 WGCNA 分析，共鉴定出 84 个功能模块，这些模块涵盖了光合作用、植物激素信号转导等多种功能，进一步验证了网络的可靠性。
2. 筛选燕麦耐旱相关候选模块：研究人员评估了 84 个基因模块与各种处理之间的相关性，发现许多功能模块与相应处理密切相关。例如，52 个模块与干旱或 PEG6000 处理紧密相关。以 Cluster 1 模块为例，其中的基因主要参与 MAPK 信号通路、黄酮和黄酮醇生物合成等过程，且包含多个已知的耐旱相关同源基因。通过对该模块中随机选取的基因进行 qRT-PCR 分析，以及对关键基因 AsMYC₂的功能验证，证实了该模块与耐旱性的相关性。
3. AsHSFA₂c 有助于平衡燕麦的耐旱性和生长：研究人员通过分析鉴定出 23 个 “平衡” 模块，其中 Cluster 12 模块包含多个与耐旱和生长相关的关键基因。AsHSFA₂c 作为该模块中的关键候选基因，其表达受干旱、ABA 和 IAA 诱导。通过 VIGS 系统和转基因技术对 AsHSFA₂c 进行功能验证，结果表明，AsHSFA₂c 可抑制植物生长并正向调节耐旱性。
4. AsDOF₂₅作为转录激活因子正向调节 AsHSFA₂c：核运行分析表明，干旱条件下 AsHSFA₂c 的转录速率增加。研究人员发现 AsHSFA₂c 启动子上存在 DOF 转录因子核心识别位点，且 AsDOF₂₅与 AsHSFA₂c 共表达并受干旱、ABA 和 IAA 诱导。通过电泳迁移率变动分析（EMSA）和荧光素酶报告实验等，证实 AsDOF₂₅蛋白可直接结合 AsHSFA₂c 启动子，促进其转录。此外，对 AsDOF₂₅的功能研究表明，它与 AsHSFA₂c 在调节植物生长和耐旱性方面具有相似的作用。
5. AsHSFA₂c 负向调节 AsAGO₁以平衡燕麦的耐旱性和生长：DAP-seq 实验发现 AsAGO₁是 AsHSFA₂c 的下游靶基因，AsHSFA₂c 可结合 AsAGO₁启动子并负向调节其表达。qRT-PCR 分析显示，AsAGO₁在根中受干旱和 IAA 处理下调，在地上部分受 IAA 处理上调。通过 VIGS 系统对 AsAGO₁进行功能验证，结果表明，AsAGO₁可促进植物生长并负向调节耐旱性。

研究结论与讨论部分指出，该研究构建的燕麦全基因组共表达网络，为挖掘与生长和干旱胁迫响应相关的功能基因或模块提供了宝贵资源。同时，揭示了 AsHSFA₂c 在平衡燕麦耐旱性和生长中的分子机制，即 ABA 和生长素相互调节 AsDOF₂₅-AsHSFA₂c-AsAGO₁模块。这一发现为培育耐旱燕麦品种提供了潜在的靶点，对提高燕麦的抗旱能力、保障农业生产具有重要的理论和实践意义。然而，研究中也发现一些现象的潜在机制仍有待进一步探索，如 AsAGO₁对 IAA 的响应以及其在不同组织中的表达差异等，这也为后续研究指明了方向。