中華金葉榆盆栽苗對(duì)干旱脅迫的生理響應(yīng) 與轉(zhuǎn)錄組分析

張世英，劉易超,，賈樹(shù)強(qiáng)，李泳潭，黃印冉，楊敏生，張 軍

（1.河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 林學(xué)院/河北省林木種質(zhì)資源與森林保護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北 保定 071000；2.河北省林業(yè)與草原科學(xué)研究院，河北 石家莊 050061；3.天津市寧河區(qū)苗木良種服務(wù)中心，天津 301509）

隨著全球氣候異常變化加劇，干旱問(wèn)題在全球大部分地區(qū)愈加嚴(yán)峻，再加上溫室氣體排放量增加等原因，預(yù)計(jì)到21 世紀(jì)末全球氣溫將上升1.8 ～4.0 ℃［1］，部分地區(qū)的旱災(zāi)頻率和嚴(yán)重程度都會(huì)隨之增加。水分在植物生長(zhǎng)發(fā)育及分布的過(guò)程中至關(guān)重要，但當(dāng)植物處于缺水環(huán)境下，不僅植物外部形態(tài)會(huì)受到影響，植物生理結(jié)構(gòu)和生理生化代謝也會(huì)受到損害，且嚴(yán)重的干旱脅迫會(huì)造成植物不可逆轉(zhuǎn)的傷害，最終致使植物生命衰竭甚至死亡。

中華金葉榆(Ulmus pumila‘Zhonghua Jinye’) 為白榆的天然黃葉突變體，是河北省林業(yè)科學(xué)研究院培育的優(yōu)良觀(guān)賞品種，已在我國(guó)北方地區(qū)廣泛推廣應(yīng)用［2-3］，其抗寒抗旱性強(qiáng)，能夠生長(zhǎng)在寒冷、干旱的氣候環(huán)境之中，同時(shí)還具有較強(qiáng)的抗鹽堿性，可以說(shuō)，中華金葉榆為目前國(guó)內(nèi)彩葉樹(shù)種中應(yīng)用最廣泛的樹(shù)種。目前，對(duì)中華金葉榆的研究報(bào)道較少，且已有的研究主要集中在葉片呈色［4-5］、嫩枝扦插［3］、繁育［6］、耐寒性［7-8］等方面。關(guān)于中華金葉榆耐旱性也有一些相關(guān)報(bào)道，但主要集中在干旱脅迫下苗木生長(zhǎng)和保護(hù)酶等生理指標(biāo)的響應(yīng)上，對(duì)金葉榆適應(yīng)干旱脅迫的分子機(jī)制探索較少，對(duì)其耐旱相關(guān)基因的發(fā)掘工作還不夠深入。本研究采用盆栽苗人工模擬控水法進(jìn)行干旱脅迫處理，測(cè)定葉片相關(guān)生理指標(biāo)，探究中華金葉榆幼苗對(duì)干旱脅迫的生理響應(yīng)，利用轉(zhuǎn)錄組測(cè)序技術(shù)分析中華金葉榆受到干旱脅迫后葉片內(nèi)基因表達(dá)變化，發(fā)掘相關(guān)抗旱基因，探索金葉榆抗旱的分子機(jī)制，為金葉榆栽培及推廣應(yīng)用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)材料為通過(guò)扦插繁殖獲得的中華金葉榆幼苗，苗高約40 cm。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)于2020 年8—9 月在河北省林業(yè)與草原科學(xué)研究院溫室大棚中進(jìn)行，棚內(nèi)溫度為25 ～35 ℃，空氣濕度為50%～70%。選取長(zhǎng)勢(shì)一致的中華金葉榆幼苗移栽到新的有托盤(pán)的花盆中（上下口徑16 cm， 高17 cm），移栽后正常養(yǎng)護(hù)管理7 d，期間幼苗生長(zhǎng)良好，之后將幼苗澆透水，自然干旱至重度脅迫處理所設(shè)定的土壤含水量后進(jìn)行干旱處理，對(duì)照組和中度脅迫組分別補(bǔ)水至各自設(shè)定的土壤含水量。在脅迫的第0、10、20、30 天取樣。本試驗(yàn)設(shè)3 個(gè)試驗(yàn)組，每個(gè)試驗(yàn)組內(nèi)3 次重復(fù)，每個(gè)重復(fù)6 株，共18 株。水分梯度處理如下：對(duì)照組（CK）、中度脅迫組（MD）、重度脅迫組（SD）的土壤水分含量分別保持在田間持水量的80%、40%、20%。每天18：00 采用稱(chēng)重法補(bǔ)水。

1.3 生理指標(biāo)測(cè)定

相對(duì)電導(dǎo)率采用電導(dǎo)儀測(cè)定，丙二醛（MDA）含量采用硫代巴比妥酸法測(cè)定［9］，可溶性糖（SS）含量采用蒽酮比色法測(cè)定［9］，可溶性蛋白（SP）含量采用考馬斯亮藍(lán)G-250 法測(cè)定［9］，各指標(biāo)均為3次生物學(xué)重復(fù)。

使用Li-6400 便攜式光合儀（LI-COR，美國(guó)）于采樣日的9：00—11：00 選取植株中上部3 枚成熟葉片測(cè)定凈光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）、氣 孔 導(dǎo) 度（Gs）和 胞 間CO2濃 度（Ci），測(cè) 定系統(tǒng)采用開(kāi)放式氣路，自然光源，有效光合輻射400 ～600 μmol/m2·s，室 內(nèi)CO2濃 度 為400 μmol/mol，室內(nèi)空氣流速為300 mL/min，3 次生物學(xué)重復(fù)。

1.4 轉(zhuǎn)錄組測(cè)序

采集脅迫第30 天的葉片，對(duì)照組和脅迫組各3個(gè)重復(fù)，共計(jì)9 個(gè)樣品，裝入離心管并標(biāo)記（CK 組編號(hào)：CK-1、CK-2、CK-3，MD 組編號(hào)：MD-1、MD-2、MD-3，SD 組 編 號(hào)：SD-1、SD-2、SD-3），立即放入液氮中速凍，再轉(zhuǎn)移到-80 ℃ 冰箱中保存?zhèn)溆谩NA 的提取、質(zhì)控、建庫(kù)及轉(zhuǎn)錄組的測(cè)序均由北京諾禾致源公司完成。

使用DESeq 軟件進(jìn)行2 個(gè)比較組的差異表達(dá)分析，基于負(fù)二項(xiàng)分布模型確定差異表達(dá)，以 ｜log2fold change ｜＞1 和Padj ＜0.05 的基因指定為差異基因，同時(shí)利用clusterProfiler 軟件對(duì)篩選得到的差異基因進(jìn)行GO 功能注釋和KEGG 富集分析。

1.5 qRT-PCR 分析

從MD-vs-CK 和SD-vs-CK 兩個(gè)比較組中隨機(jī)挑選8 個(gè)共有下調(diào)DEGs 進(jìn)行qRT-PCR 分析，以驗(yàn)證轉(zhuǎn)錄組測(cè)序結(jié)果。利用primer 5.0 軟件設(shè)計(jì)每個(gè)基因的特異性引物，內(nèi)參基因?yàn)閍ctin，引物信息見(jiàn)表1。利用反轉(zhuǎn)錄試劑盒將樣本的RNA 反轉(zhuǎn)錄成cDNA，利用MagicSYBR Mixture 試劑盒（康為世紀(jì)）進(jìn)行qRT-PCR 試驗(yàn)，PCR 擴(kuò)增采用 20 μL 體系，包括2×MagicSYBR Mixture 10 μL，10 μmol/L 的上下游引物各0.4 μL，100 ng/μL 的cDNA 模 板1 μL，25 μmol/L 的ROX Reference Dye I30.2 μL，8 μL ddH2O，3 次生物學(xué)重復(fù)。PCR 反應(yīng)條件為：95 ℃預(yù)變性30 s，95 ℃變性5 s，60 ℃退火30 s，60 ℃延伸30 s，共45 個(gè)循環(huán)。利用2-ΔΔCT法計(jì)算基因的相對(duì)表達(dá)量。

表1 qRT-PCR 引物信息表Table. 1 Primer sequence for qRT-PCR

2 結(jié)果與分析

2.1 干旱脅迫對(duì)幼苗葉片相對(duì)電導(dǎo)率和丙二醛含量的影響

隨著干旱脅迫程度的增加和脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，中華金葉榆幼苗的相對(duì)電導(dǎo)率（REC）和MDA 含量逐漸增加（圖1）。脅迫30 d 時(shí)，MD 和SD 下的REC 分 別 為68.92%、68.02%， 與CK 組 相 比分別顯著增加1.55 倍、1.78 倍。CK 組、MD 組和SD 組在脅迫30 d 的REC 較脅迫0 d 分別顯著增加了30.43%、233.09%、260.08%（ 圖1A）。SD 組在脅迫30 d 時(shí)的MDA 含量較CK 組的顯著升高107.23%。隨脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，CK 組的MDA 含量無(wú)差異，MD 組和SD 組在脅迫30 d 時(shí)的MDA 含量較脅迫0 d 的分別顯著增加了0.90 倍、1.88 倍 （圖1B）。

圖1 干旱脅迫對(duì)中華金葉榆葉片相對(duì)電導(dǎo)率和丙二醛含量的影響Fig. 1 Effect of drought stress on relative conductivity and MDA content of Ulmus pumila ‘Zhonghua Jinye’ leaves

2.2 干旱脅迫對(duì)幼苗葉片可溶性糖和可溶性蛋白含量的影響

干旱脅迫導(dǎo)致中華金葉榆幼苗葉片中的SS 含量 升 高，脅 迫10 d 時(shí)，SD 組 的SS 含 量 迅 速 增加。MD 和SD 處理30 d 后，中華金葉榆幼苗葉片SS 含量分別較對(duì)照顯著增加57.04%、70.14%（圖2A）。CK 組的SS 含量?jī)H在脅迫30 d 時(shí)較脅迫0 d 的顯著增加19.82%。MD、SD 組在脅迫30 d 時(shí)的SS 含量較脅迫0 d 分別顯著增加88.16%、103.86%。

隨脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，脅迫組和CK 組的SP 含量均先升高后降低（圖2B）。SD 組在第10 天時(shí)，SP 含量迅速升高，第20 天時(shí)達(dá)到峰值，較對(duì)照增加93.37%，第30 天時(shí)急劇下降。CK 組、MD 組和SD 組在脅迫20 d 時(shí)的SP 含量較脅迫0 d 的分別顯著增加29.48%、85.07%、150.37%。

圖2 干旱脅迫對(duì)中華金葉榆葉片滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的影響Fig. 2 Effect of drought stress on the content of osmotic adjustment substances of Ulmus pumila ‘Zhonghua Jinye’ leaves

2.3 干旱脅迫對(duì)幼苗葉片光合參數(shù)的影響

隨著干旱脅迫程度的增加和脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，中華金葉榆幼苗葉片的Pn、Tr和Gs均逐漸降低。SD 組的Gs在脅迫進(jìn)行到第30 d 時(shí)趨近于零，較對(duì)照顯著降低90.91 %，如圖3A、B、C 所示；Ci變化趨勢(shì)與前3 項(xiàng)指標(biāo)不同，隨著脅迫程度的增加和時(shí)間的延長(zhǎng)，Ci呈先降低后增加的趨勢(shì)（圖3D）。CK 組和MD 組在脅迫30 d 時(shí)的Pn脅迫0 d 時(shí)分別顯著降低30.96%、68.02%。SD 組在脅迫10 、20、30 d 的Pn、Tr、Gs均 較 脅 迫0 d 的 顯 著 降 低，Ci僅在脅迫30 d 時(shí)較脅迫0 d 的顯著升高37.70%。

圖3 干旱脅迫對(duì)中華金葉榆葉片光合參數(shù)的影響Fig. 3 Effects of drought stress on photosynthetic parameters of Ulmus pumila ‘Zhonghua Jinye’ leaves

2.4 轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)質(zhì)控分析

經(jīng)高通量測(cè)序后，如表2 所示，CK、MD、SD的平均原始數(shù)據(jù)分別為44 117 769、43 701 319、44 529 946 bp，經(jīng)過(guò)過(guò)濾后的平均質(zhì)控?cái)?shù)據(jù)為42 686 075、43 701 319、44 529 946 bp，Q20 平 均 達(dá) 到97.90%、98.20%、98.17%，Q30 平均達(dá)到93.87%、94.50%、94.39%，GC 含量平均分別為45.50%、45.50%、45.47%。以上結(jié)果說(shuō)明，本次測(cè)序所得cDNA 文庫(kù)質(zhì)量高，可進(jìn)行后續(xù)生物信息學(xué)分析。

表2 轉(zhuǎn)錄組測(cè)序產(chǎn)出質(zhì)量統(tǒng)計(jì)Table 2 Transcriptome sequencing output quality statistics

2.5 干旱脅迫下中華金葉榆葉片的差異基因表達(dá)分析

MD 與CK 相比（MD-vs-CK），共有661 個(gè)DEGs，其中上調(diào)表達(dá)的差異表達(dá)基因（DEGs）420個(gè)，下調(diào)表達(dá)的DEGs 241 個(gè)。隨著脅迫程度的增加，DEGs 的數(shù)量也快速增加。SD 與CK 相比（SD-vs-CK），共有1 945 個(gè)DEGs，上調(diào)表達(dá)和下調(diào)表達(dá)的DEGs 分別有793 個(gè)和1 152 個(gè)，如圖4 所示。由韋恩圖可知，兩種脅迫處理的DEGs 中共有表達(dá)的DEGs 有179 個(gè)，MD 下特有表達(dá)的DEGs 有482個(gè)，SD 下特有表達(dá)的DEGs 有1 766 個(gè)。

圖4 中度及重度干旱脅迫處理的中華金葉榆葉片轉(zhuǎn)錄組差異基因表達(dá)數(shù)Fig. 4 Transcriptome differential gene expression numbers of Ulmus pumila ‘Jinye’ leaves treated with mild and severe drought stress

2.6 差異表達(dá)基因的GO 功能注釋及富集分析

MD-vs-CK 組中DEGs 的GO 功能注釋表明，共 有625 個(gè)DEGs 注 釋 到 生 物 過(guò) 程（Biological Process，BP）、細(xì) 胞 組 分（Cellular Component，CC）、分 子 功 能（Molecular Function，MF）3 大類(lèi)中的447 個(gè)亞類(lèi)，包括244 個(gè)BP 亞類(lèi)的243 個(gè)DEGs，24 個(gè)CC 亞類(lèi)的75 個(gè)DEGs，179 個(gè)MF 亞類(lèi)的307 個(gè)DEGs。主要涉及生物過(guò)程中光合作用（13 個(gè)）、化學(xué)反應(yīng)（11 個(gè)），細(xì)胞組分中膜蛋白復(fù)合物（11 個(gè)）、光合膜（9 個(gè)）、光系統(tǒng)（9 個(gè)），分子功能中糖基水解酶活性（21 個(gè)）、四吡咯結(jié)合（21個(gè)）（圖5A）。

在SD-vs-CK 組中，共有2 036 個(gè)DEGs 富集到GO 注釋的696 個(gè)亞類(lèi)中，包括349 個(gè)BP 亞類(lèi)的779 個(gè)DEGs，100 個(gè)CC 亞 類(lèi) 的218 個(gè)DEGs，247 個(gè)MF 亞類(lèi)的1 039 個(gè)DEGs。主要涉及生物過(guò)程中碳水化合物代謝過(guò)程（75 個(gè)）、肽生物合成過(guò)程（58 個(gè)）、肽代謝過(guò)程（58 個(gè)），細(xì)胞組分中細(xì)胞質(zhì)部分（71 個(gè)）、細(xì)胞內(nèi)非膜細(xì)胞器（59 個(gè)）、非膜細(xì)胞器（59 個(gè)），分子功能中結(jié)構(gòu)分子活性（54個(gè)）（圖5B）。

圖5 中度及重度干旱脅迫處理的中華金葉榆葉片轉(zhuǎn)錄組DEGs 的GO 分類(lèi)Fig. 5 GO classification of DEGs in the leaves transcriptome of Ulmus pumila ‘Zhonghua Jinye’ treated with mild and severe drought stress

2.7 差異表達(dá)基因的KEGG 功能注釋及代謝通路富集分析

2 種脅迫處理的KEGG 富集通路的top20 如圖6 所示。MD-vs-CK 中（圖6A），富集因子最高的是光合作用、氧化磷酸化、倍半萜和三萜生物合成、氨基糖和核苷酸糖代謝、玉米素的生物合成，其中光合作用的DEGs 數(shù)目最多，有23 個(gè)，其次是氧化磷酸化及氨基糖和核苷酸糖代謝，分別為13 個(gè)和12 個(gè)。

SD-vs-CK 中（圖6B），富集因子前三名依次是核糖體、淀粉和蔗糖代謝、糖鞘脂的生物合成系列。此外，富集的DEGs 最多的是核糖體通路，有68 個(gè)，其次是氨基酸的生物合成通路上注釋的DEGs 有39個(gè)，淀粉和蔗糖代謝與苯丙烷生物合成代謝通路上富集的DEGs 均為30 個(gè)。

圖6 中度及重度干旱脅迫處理的中華金葉榆葉片轉(zhuǎn)錄組DEGs 的KEGG 富集分析Fig.6 KEGG enrichment analysis of DEGs in the leaves transcriptome of Ulmus pumila ‘Zhonghua Jinye’ treated with mild and severe drought stress

2.8 qRT-PCR 驗(yàn)證

從MD-vs-CK 和SD-vs-CK 2 個(gè)比較組中挑選8 個(gè)共有下調(diào)DEGs，進(jìn)行qRT-PCR 驗(yàn)證。結(jié)果表明（圖7），8 個(gè)DEGs 均下調(diào)表達(dá)，與RNA-Seq數(shù)據(jù)的基因表達(dá)趨勢(shì)相同，表明轉(zhuǎn)錄組結(jié)果可靠性較高。

圖7 干旱脅迫下8 個(gè)共有下調(diào)DEGs 的qRT-PCR 分析Fig.7 qRT-PCR analysis of 8 common down-regulated DEGs under drought stress

2.9 干旱脅迫下關(guān)鍵差異表達(dá)基因分析

MD-vs-CK 和SD-vs-CK 2 個(gè)比較組中有179個(gè)共有DEGs，這些基因稱(chēng)為關(guān)鍵DEGs，對(duì)關(guān)鍵DEGs 進(jìn)行KEGG 通路分析，結(jié)果表明：關(guān)鍵DEGs 共富集到38 條通路上，被分為Metabolism、Genetic Information Processing、Environmental Information Processing 和Organismal Systems 4 大類(lèi)，主要富集到光合作用、淀粉和蔗糖代謝、酪氨酸代謝、玉米素的生物合成、氨基糖和核苷酸糖代謝通路。對(duì)光合作用通路下的DEGs 作熱圖分析（圖8），發(fā)現(xiàn)有4 個(gè)共有基因（novel.1、Upu6G00578、Upu9G00160和novel.1821）富集到此通路，且這4 個(gè)基因與對(duì)照相比，表達(dá)量都上調(diào)，基因注釋發(fā)現(xiàn)，novel.1、Upu9G00160和novel.1821這3 個(gè)基因參與光合系統(tǒng)PS Ⅱ過(guò)程，Upu6G00578參與F 型ATP 酶合成過(guò)程，編碼atpB 蛋白。

圖8 光合作用差異表達(dá)基因熱圖Fig.8 Heat map of differentially expressed genes in photosynthesis

對(duì)MD-vs-CK、SD-vs-CK 兩個(gè)比較組光合作用通路中的DEGs 進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)與此通路相關(guān)的DEGs 有63 個(gè)，有13 個(gè)基因顯示差異表達(dá)，包含10 個(gè)上調(diào)DEGs 和3 個(gè)下調(diào)DEGs（表3）。在27 個(gè)基因編碼的PS Ⅱ系統(tǒng)相關(guān)的psb 家族中，有6個(gè)基因呈現(xiàn)差異表達(dá)；其中psbA和psbD基因分別編碼PS ⅡP680 反應(yīng)中心D1 蛋白和D2 蛋白，是PS Ⅱ的主要功能蛋白，參與光電子傳遞過(guò)程中的原初反應(yīng)，提供電子傳遞鏈輔因子的結(jié)合位點(diǎn)；psbB和psbC基因分別編碼PS ⅡCP47 和PS ⅡCP43 葉綠素蛋白，這2 個(gè)基因與反應(yīng)中心的D1 和D2 蛋白連接緊密，具有捕獲外周天線(xiàn)葉綠素a/b 結(jié)合蛋白的激發(fā)能反饋給反應(yīng)中心及核心天線(xiàn)的功能及維持PS Ⅱ放氧核心復(fù)合物結(jié)構(gòu)的作用；這4 個(gè)基因均上調(diào)表達(dá)。psbW和psbY基因分別編碼PS ⅡPsbW 蛋白和PS ⅡPsbY 蛋白，這2 個(gè)基因下調(diào)表達(dá)。

表3 干旱脅迫下中華金葉榆幼苗光合作用通路的差異表達(dá)基因信息Tab. 3 Differentially expressed gene information of photosynthesis pathway in Ulmus pumila ‘Zhonghua Jinye’ seedlings under drought stress

在編碼PS Ⅰ系統(tǒng)相關(guān)的psa基因家族有16 個(gè)基 因，包 含2 個(gè) 上 調(diào)DEGs（psaA、psaB），這2 個(gè)蛋白主要形成PS Ⅰ反應(yīng)中心。編碼細(xì)胞色素b6-f 復(fù)合物和光合電子傳輸相關(guān)蛋白的pet 家族有12 個(gè)基因，有petA（編碼細(xì)胞色素f）和petD基因（編碼細(xì)胞色素b6-f 復(fù)合物Ⅳ亞基）呈現(xiàn)上調(diào)表達(dá)，僅有1 個(gè)下調(diào)表達(dá)petH 基因（編碼鐵氧還蛋白-NADP還原酶）。有8 個(gè)基因編碼F 型ATP 酶，其中有2個(gè)F 型H+/Na+轉(zhuǎn)運(yùn)ATPase 亞基（atpA、atpB）呈現(xiàn)上調(diào)表達(dá)。

3 討論

干旱環(huán)境傷害細(xì)胞膜的透性，損傷膜蛋白，打破植物體內(nèi)的氧化平衡，導(dǎo)致MDA 大量積累和電解質(zhì)外滲［10］，引起植株失水甚至死亡。MDA 和相對(duì)電導(dǎo)率分別是反映膜脂過(guò)氧化作用和衡量細(xì)胞膜透性的重要指標(biāo)，能反映植物的抗旱能力［11］。本研究表明，隨脅迫程度的加劇和時(shí)間的延長(zhǎng)，MDA含量和相對(duì)電導(dǎo)率逐漸上升，與前人研究一致［12-13］。表明持續(xù)干旱脅迫降低幼苗葉片組織的保護(hù)能力衰退，破壞細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)和功能，脂膜過(guò)氧化嚴(yán)重受損。SS 和SP 是常見(jiàn)的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，具有穩(wěn)定細(xì)胞滲透壓和保護(hù)細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)等功能［14］。本研究中，隨脅迫程度的增加和時(shí)間的延長(zhǎng)，SS 和SP 總體上升，與江登輝等［15］的研究一致，但SP 含量在脅迫30 d 時(shí)降低，表明干旱時(shí)間過(guò)長(zhǎng)抑制蛋白質(zhì)的合成并誘導(dǎo)降解，葉片代謝異常，最終降低滲透調(diào)節(jié)作用。

干旱脅迫下植物Pn值降低的原因是氣孔因素或非氣孔因素［16］。植物在短期干旱脅迫下光合作用降低主要是氣孔因素，為了降低蒸騰、保持水分從而關(guān)閉氣孔，因此Gs降低、Tr降低，引起Pn降低［17］。本研究中，脅迫前10 d，氣孔關(guān)閉使Gs下降，并阻礙外界的CO2進(jìn)入細(xì)胞，造成Pn降低，這是由氣孔限制引起的光合作用水平降低；而脅迫10 d 后，Gs、Tr和Pn仍降低，Ci升高，此時(shí)是由非氣孔因素引起的Pn下降。在脅迫30 d 時(shí)，SD 下的Pn與CK 組的差別不大，表明幼苗在干旱環(huán)境下仍保持較高的光合水平，具有較強(qiáng)抗旱性。有研究表明，植物的滲透調(diào)節(jié)能力對(duì)維持光合水平有重要作用［18］，本研究也驗(yàn)證了這一點(diǎn)，因此，中華金葉榆幼苗在干旱環(huán)境下維持較高的Pn，可能是滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)發(fā)揮作用。

轉(zhuǎn)錄組學(xué)是連接基因組遺傳信息和蛋白質(zhì)組功能信息的橋梁，也是了解生物基因表達(dá)調(diào)控的工 具［19］。本研究對(duì)經(jīng)過(guò)不同程度干旱脅迫的幼苗葉片進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測(cè)序，分別得到661 個(gè)和1 945 個(gè)DEGs響應(yīng)中度和重度脅迫，可能是脅迫程度的加重使幼苗產(chǎn)生了更多的DEGs 來(lái)抵御逆境產(chǎn)生的傷害。

GO 分析表明，干旱脅迫下幼苗DEGs 主要涉及在參與膜蛋白復(fù)合物、光合膜、細(xì)胞質(zhì)部分和細(xì)胞內(nèi)非膜細(xì)胞器的細(xì)胞組分中，部分DEGs 富集在行使光合作用和碳水化合物代謝的生物過(guò)程上，并在糖基水解酶活性和結(jié)構(gòu)分子活性中起重要作用。與本研究結(jié)果不同，扭果花旗桿的DEGs 主要富集與細(xì)胞壁有關(guān)的功能中［20］，而馬鈴薯莖段的DEGs主要在氧化還原過(guò)程、氧化還原酶活性及激素響應(yīng)等功能上富集［21］，可能是脅迫方式的差異或不同植物材料耐旱性的區(qū)別導(dǎo)致了這種差異。KEGG 分析表明，MD 和SD 顯著富集到苯丙烷生物合成通路，此途徑在植物生長(zhǎng)發(fā)育、生物或非生物脅迫中發(fā)揮作用，與扭果花旗桿［24］和烤煙品系LY1306［22］在SD 下的研究結(jié)果一致。同時(shí)發(fā)現(xiàn)DEGs 在玉米素的生物合成通路均也顯著富集，這與趙龍等［21］對(duì)馬鈴薯莖段的研究結(jié)果類(lèi)似。

轉(zhuǎn)錄組測(cè)序可以反應(yīng)出植物在特定環(huán)境下的基因表達(dá)情況，目前人們已對(duì)白榆［23-24］進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測(cè)序，挖掘出相應(yīng)的基因資源，本研究是對(duì)干旱脅迫下的中華金葉榆幼苗葉片進(jìn)行測(cè)序和分析，得到了參與光合作用途徑的多個(gè)差異基因，同時(shí)測(cè)定了干旱脅迫下幼苗的生理生化指標(biāo)，可為提高金葉榆耐旱性和栽培及推廣應(yīng)用提供理論支持。

4 結(jié)論

中華金葉榆遭受干旱脅迫時(shí)，會(huì)提高滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的含量來(lái)適應(yīng)干旱脅迫。通過(guò)對(duì)中度和重度脅迫組的179 個(gè)共有關(guān)鍵DEGs 進(jìn)行KEGG 通路分析，獲得光合作用、淀粉和蔗糖代謝、酪氨酸代謝、玉米素的生物合成、氨基糖和核苷酸糖代謝等通路，這可為解析中華金葉榆對(duì)抗干旱脅迫的生理和分子機(jī)制提供參考。