甘蓝型油菜根系发育关键基因的转录组解析及其调控机制研究

本研究通过评估20个甘蓝型油菜(Brassica napus)材料的根系表型，筛选出根系发育差异显著的'Sy28'和'Gl210'两个品种进行转录组分析。研究发现植物激素响应、细胞周期进程和细胞壁重构等生物学过程与根系发育密切相关，鉴定出BnaA06.CIPK25和BnaA08.AGL21等关键差异表达基因(DEGs)，并在拟南芥中验证了这些基因调控主根伸长和侧根发育的功能。该研究为油菜高产抗倒伏品种选育提供了重要理论依据。

　　

Highlight

植物根系是重要的地下锚定器官，负责从土壤中吸收水分和养分。发达的根系对作物产量和品质至关重要，既能提高水肥利用效率，又能增强抗倒伏能力。大多数双子叶植物形成由主根和侧根组成的直根系。主根结构可分为分生区、伸长区和分化区。分生区以持续细胞分裂为特征，其中干细胞微环境(SCN)由静止中心和周围干细胞组成。伸长区细胞经历不可逆的定向扩张，最终进入分化区获得特化特征。侧根起始发生于特殊的中柱鞘细胞，通过平周和垂周分裂形成侧根原基。

Plant accessions and growth conditions

本研究使用的20个甘蓝型油菜材料种植于中国西北农林科技大学试验站(北纬34.30°，东经108.10°)，2022年6月收获后种子保存于4℃种子库。根系形态评估实验于2022年9月进行。拟南芥生态型Col-0作为野生型对照。

Characterization of root development in 20 diverse B. napus accessions

为研究甘蓝型油菜根系构型发育，在水培条件下评估了20个材料播种后5、10和15天(DAS)的主根长度、一级侧根数量以及根和地上部鲜重干重等性状。这些性状表现出≥10%的变异系数，表明根和地上部存在显著表型变异。通过主成分分析筛选出根系发育差异显著的'Sy28'和'Gl210'两个品种进行后续转录组分析。

Discussion

植物根系发育是由复杂调控网络调控的过程。发达的根系有利于作物产量，特别是在胁迫条件下。本研究聚焦具有直根系特征的甘蓝型油菜，通过水培条件评估20个材料的根系发育，筛选出'Sy28'和'Gl210'进行转录组分析。研究发现植物激素信号、细胞周期进程和细胞壁重构等过程与根系发育密切相关。特别鉴定出BnaA06.CIPK25和BnaA08.AGL21等关键基因，并在拟南芥中验证了其功能。

Conclusion

我们评估了20个甘蓝型油菜材料苗期水培条件下的主根长度和一级侧根数量，筛选出根系发育差异显著的'Sy28'和'Gl210'进行转录组分析。鉴定出一系列与植物激素响应、细胞周期和细胞壁重构相关的差异表达基因(DEGs)，并在模式植物中验证了BnaA06.CIPK25调控主根伸长和BnaA08.AGL21促进侧根发育的功能。这些发现为甘蓝型油菜根系发育的分子机制提供了新见解。