碳离子束与X射线对水稻幼苗分子转录组机制的解码：辐射育种与植物抗性研究新视角

编辑推荐：为解析不同电离辐射（IR）在植物诱变育种中的差异机制，中国科学院近代物理研究所团队通过比较碳离子束（CIBs，高LET）与X射线（低LET）对水稻幼苗转录组的影响，发现X射线诱导更多差异表达基因（DEGs），且DNA复制修复、植物激素信号（如JAZ、ABA）及抗氧化途径（APX、POX）响应显著。研究揭示了LET依赖性损伤修复差异，为辐射育种优化和深空探索植物适应性提供关键数据，发表于《BMC Genomics》。

　　在气候变化与粮食安全压力日益加剧的背景下，电离辐射（IR）不仅是研究植物抗逆性的重要工具，更是农业诱变育种的高效手段。然而，不同物理特性的辐射（如高LET的碳离子束CIBs与低LET的X射线）如何通过分子机制影响植物，进而导致后代突变谱差异，仍是未解之谜。中国科学院近代物理研究所的Jianing Ding、Libin Zhou等团队以此为切入点，通过转录组学揭示了水稻幼苗对两种辐射的响应差异，为辐射育种和太空农业提供了新见解。

研究团队利用重离子研究装置（HIRFL）和X射线辐照仪处理水稻幼苗，以相对根长69%为基准，选择20 Gy CIBs和40 Gy X射线（相对生物学效应RBE=2）进行转录组测序。关键技术包括：1）基于Illumina平台的RNA-seq分析；2）GO与KEGG通路富集；3）RT-qPCR验证关键基因（如LOC4331062、LOC4333870）；4）生物信息学分析（HISAT2、DESeq2）。

研究结果分为四部分：

1. 辐射对水稻根长的抑制效应：CIBs和X射线均显著抑制根生长，但X射线诱导更多DEGs（5681 vs. 2198），且早期（2 h）响应最显著。
2. 通路差异：X射线显著富集核糖体通路，而CIBs偏好碳代谢和微管相关通路；DNA复制修复基因（如RAD51、PARP）在2-6 h活跃，24 h基本恢复。
3. 植物激素调控：JAZ基因在2 h上调，ABA信号（SnRK2）和乙烯通路（ERF1/2）参与早期应激，SAURs和CYCD3调控生长抑制。
4. 抗氧化响应：X射线强烈激活APX和谷胱甘肽代谢基因（如APX8），而CIBs下调呼吸爆发氧化酶（RBOH）。

结论表明，高LET与低LET辐射通过不同转录模式驱动损伤修复：X射线引发广泛转录扰动，而CIBs更靶向微管和光合系统。这一发现不仅解释了辐射育种中突变谱差异（如CIBs诱导更多InDels），还为筛选抗辐射靶点（如LOC4333870）和优化深空作物培育提供了分子基础。论文发表于《BMC Genomics》，标志着植物辐射生物学向精准调控迈出关键一步。