摘要
干旱对植物生长和作物生产力产生负面影响，通过分子技术了解干旱反应中的分子机制对提高抗旱性具有重要意义。防风[Saposhnikoviadivaricata(Turcz.)Schischk]，广泛分布于东北亚，其干燥根被用作中草药，具有很高的药用和食用价值。我们在生产实践中发现防风具有耐旱性，但其抗旱机理尚不明确。为了揭示其对干旱的响应机制和筛选抗旱基因，进行了生理和转录组学分析。采用盆栽模拟干旱的方法，对防风幼苗进行了短期持续性水分胁迫处理，干旱处理16d，之后恢复浇水。研究结果如下： 中度干旱胁迫下（干旱16d），根直径达到最大，根鲜/干重显著增加。表明防风的耐旱能力较强，在短期干旱下，依然可以保持较好的生长状况。超氧化物歧化酶、过氧化物酶和抗坏血酸过氧化物酶活性随干旱程度的增加而增加。表明干旱引起了植株的氧化损伤，防风激活抗氧化系统进行损伤修复，从而响应干旱。 防风根系转录组测序共产生了167447个unigenes，平均长度为807.49bp。其中89784个基因通过比较数据库被注释。在对照植物和干旱植物之间总共鉴定出9904个差异表达基因。聚类分析表明，在干旱胁迫下，大多数基因被诱导下调，尤其是在干旱12~16d。下调的过程包括与激素合成相关的玉米素和油菜素内酯生物合成途径、激素信号转导途径、萜类化合物的生物合成途径、以及与次生代谢相关的苯丙烷类和黄酮类的生物合成途径。上调基因显著富集于类胡萝卜素生物合成、α-亚麻酸代谢、亚油酸代谢、淀粉和蔗糖代谢等途径中。与活性氧清除有关的差异表达基因的表达也受到了干旱胁迫的影响。鉴定出35个干旱诱导的转录因子家族，541个转录因子在干旱胁迫诱导下表现出差异表达。对差异基因全面分析的结果表明，防风根系对干旱的响应并非单个代谢过程起作用，而是多个代谢通路互相作用，形成了一个复杂的调控网络，从而促进了防风对于干旱胁迫的适应。通过荧光定量PCR分析了16个差异表达基因的表达模式，对测序结果的准确性进行了验证。表明两种方法的结果高度相关，证实了RNA-seq测序结果的可靠性。 本研究首次对不同干旱胁迫程度的防风苗根系进行了转录组测序。干旱相关的生理生化及转录组结果说明了防风对干旱和恢复的动态响应，为更好地了解其耐旱机制提供了有价值的信息，为其后续研究奠定了良好的基础。
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