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Plantarray高通量植物生理表型应用——豇豆研究

发布时间:2021-08-31 点击量:54

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Natural variation and gene regulatory basis for the responses of asparagus beans to soil drought

豇豆对土壤干旱响应的自然变异及基因调控基础

芦笋豆(Vigna unguiculata ssp. sesquipedalis)是豇豆的亚洲亚种,豇豆是一种原产于非洲的抗旱豆类作物。为了探索芦笋豆干旱反应的遗传变异,我们对中国芦笋豆的抗旱性状进行了多年表型分析。表型分布表明ssp。尽管存在已知的国内瓶颈,但sesquipedalis亚基因库在干旱反应中仍保持较高的自然变异。通过全基因组关联研究 (GWAS),发现39个SNP位点与抗旱性相关。全株用水关系通过蒸渗法在四种基因型之间进行比较。观察到与避免脱水有关的蒸腾模式和临界土壤水分阈值的明显基因型差异,表明每个基因型对其自身气候都有微妙的适应机制。微阵列基因表达分析表明,已知的抗旱通路如ABA和磷酸盐脂质信号通路在不同基因型之间是保守的,而某些水通道蛋白基因和激素基因的差异调控可能对基因型差异很重要。本文结果表明,对土壤水分含量的不同敏感性是配置基因型对水分亏缺的特异性反应的一个重要机制。所鉴定的SNP标记为标记辅助育种提供了有用的资源。

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图1.四个品系的全株生长速率和水分利用效率(WUE)

植物生长速率和水分利用效率(WUE) 表现出品系之间的主要差异(图 1A、B)。B128在良好浇水条件下生长速度最快,WUE最高;然而,干旱处理导致该品系的生长潜力损失最大(图1C)。B47显示出缓慢的生长速度和适度的WUE,响应干旱处理,生长潜力损失较小。B118和B253表现出这些参数的更大稳定性。

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图2.整株植物对环境变化的响应,标准化为植物重量和蒸汽压差(VPD)。

全株蒸腾作用(ET)和ET归一化为植株大小(ET/重量);ETW)和土壤含水量(SWC)的消耗表明,植物蒸腾作用取决于大小(图2)。B128在WW条件下表现出最高的ET,单位质量的水分损失(ETW)zui低,而B118和B47则表现出相反的模式。

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图3. 午间蒸腾与土壤含水量

对于每个基因型,TW与SWC的曲线图显示了一个明显的、恒定的午间蒸腾水平(Emax),直到土壤含水量达到一个临界值(θcr),此时蒸腾速率出现下降(图3A,B)。这种ETW(SWC)模式表明,只有当SWC<θcr时,土壤水分有效性才成为一个限制因素,并且在土壤水分逐渐枯竭的情况下,每一次入渗都具有保持最大蒸腾速率的独特能力。B47和B128线可能对土壤水分亏缺最敏感和最不敏感,因为它们表现出最高和低的θcr值(图3C,D)。B47 在达到 θcr 后也显示出最高的 ET 下降率(图 3D)表明该线达到了最有效的脱水避免响应。

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