摘要
青稞是重要的禾本科作物，其生长环境恶劣且具有较强抗旱性，在青藏高原等地具有很高的经济和生态价值。随着全球气候变暖，加之人类活动的影响，干旱已经逐渐成为青稞生长过程中面临的主要逆境之一，严重制约着青稞的产量和品质。因此，研究青稞对干旱的应答机制，提高青稞的抗旱性迫在眉睫。本研究基于前人对6种青稞品种抗旱性的评价，将其分为敏感品种（YC83、YC85、YC88）和抗旱品种（ZY97、ZY1100、ZY1252），并进行模拟干旱处理（16%PEG4000），通过生理指标测定SOD（超氧化物歧化酶）、CAT（过氧化氢酶）、POD（过氧化物酶）活性、生物信息学分析、转录组分析（RNA-Seq）及qRT-PCR验证，初步阐明了不同抗旱性青稞响应干旱的机制。为青稞科学合理应对干旱胁迫提供了理论支撑，为品种改良和提升农业生产力提供科学依据，从而提高青稞的产量和质量。本研究主要有以下结果： （1）通过测定干旱胁迫后6种青稞SOD、CAT、POD的活性指标，发现在干旱胁迫后，6个青稞品种的SOD活性普遍上升，POD中抗旱品种活性下降，敏感品种上升，CAT活性中，YC83和ZY1252的活性则略有下降。推测活性下降可能是出现了蛋白质稳定性下降、可用底物减少、能量不足限制和氧化应激等现象。 （2）对6个品种的青稞进行生物信息学分析，在测序数据质量评估中以Q30和GC含量等数据证明数据质量合格。在序列对比中以总比对率、多比对率和单一比对率等数据证明样品质量高，无污染。通过皮尔森相关系数分析表明不同品种间和不同处理间具有强相关性。PCA主成分分析表明不同品种之间基因表达存在差异且PEG处理对基因表达产生了影响。 （3）在干旱处理后，6个青稞品种共筛选出上调基因1770个，下调基因1240个。上调表达基因明显多于下调基因，推测上调基因在青稞应对干旱的调控中起着重要作用，其中在ZY97和ZY1252中，干旱诱导下调表达基因多于上调基因，表明抗旱品种中下调基因同样起重要作用。 （4）通过对干旱胁迫下青稞共有差异表达基因富集分析，GO功能注释中筛选出碳水化合物合成代谢、氨基酸的合成与代谢和酶的活性等GO条目，筛选到10个基因，在KEGG通路中筛选到酸类代谢和类胡萝卜素的生物合成等通路，筛选到6个基因。结合GO功能富集和KEGG通路的结果，在6个品种的共有差异表达基因中共筛选到12个基因，可能在青稞应对干旱胁迫中起着重要作用。 （5）通过对干旱胁迫下青稞特有差异表达基因富集分析，在敏感品种中筛选到了对非生物的应答、酸类的代谢与合成、碳水化合物的代谢和酶的活性等GO条目，共筛选到259个基因。把KEGG显著富集的通路分类为：次生代谢、氨基酸代谢、碳水化合物代谢、脂类代谢、信号转导、转录因子等，共筛选到272个基因。结合GO功能注释和KEGG通路的结果，在6个品种的特有差异表达基因中共筛选到458个基因。 （6）通过对抗旱差异表达基因聚类及通路分析，发现青稞抗旱主要是通过渗透调节、抗氧化作用、激素信号以及基因表达调控来响应干旱。 本研究基于不同品种的青稞苗期对干旱胁迫的响应，从生理生化和转录水平两个层面初步探究了供试青稞品种响应干旱胁迫方式，挖掘出一系列响应干旱的基因。为进一步了解青稞基因的表达调控机制、生长发育规律以及抗旱基因的挖掘提供了宝贵的信息和资源，同时为后续的基因功能研究和育种工作提供了科学依据。
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