干湿交替诱导水稻根表铁膜形成的基因表达谱分析

摘要 【目的】干湿交替（AWD）是水稻种植过程中最重要的管理方式，能够提高水稻根系活力、增强抗逆性。研究发现，AWD能明显促进水稻根表铁膜的形成。然而，AWD诱导水稻根表铁膜形成的基因表达谱尚未见报道。【方法】采用砂培试验，研究了长期淹水（CK）、干湿交替（AWD）、长期淹水加Fe2+（CK+Fe）和干湿交替加Fe2+（AWD+Fe）四个处理下水稻根系基因的差异表达谱。【结果】AWD处理与CK处理相比，水稻根系有506个差异表达基因（DEG）上调表达，有687个DEG下调表达；AWD+Fe处理与CK+Fe处理相比，有308个DEG上调表达和179个DEG下调表达；CK+Fe处理与CK处理相比，有728个DEG上调表达和1175个DEG下调表达；AWD+Fe处理与AWD处理相比，有1252个DEG上调表达和1189个DEG下调表达。维恩 图分析发现，共计有3822个DEG参与了AWD诱导水稻根表铁膜形成过程。基因功能（GO）分析表明，在生物过程中共有270个DEG参与了氧化还原反应过程，分子功能中共有165个DEG与氧化还原酶功能有关。生物通路富集分析（KEGG）结果表明，细胞器类、信号刺激类、光合作用类、生物合成类和代谢类等生物通路参与了AWD诱导水稻根表铁膜的形成过程。AWD和根表铁膜形成过程发现有38个共享DEG，这些基因的蛋白注释与水稻抗病性、抗旱性、细胞壁和细胞膜、氧化还原、蛋白激酶和转运、新陈代谢过程有关。与CK处理相比，AWD处理诱导了氧化还原反应过程相关的基因达102个，占总DEG数的8.25%。AWD处理促进了水稻根系过氧化物酶、脂肪酸氧化酶和乙醇酸氧化酶等相关基因的上调表达。与CK处理相比，AWD处理提高了水稻根系活力和根表铁膜数量，分别为22.9%和45.7%。实时荧光定量PCR验证结果与转录组分析结果基本一致，其相关系数达到0.90。【结论】综上所述，AWD明显诱导了氧化还原反应过程中的相关基因大量表达，增加了根系氧化力，促进根表铁膜的形成；过氧化物酶、脂肪酸氧化酶和乙醇酸氧化酶等相关的基因可能是AWD诱导水稻根表铁膜形成的重要基因