小麦矮秆突变体jm22d响应赤霉素处理的转录组学分析

为拓宽小麦矮秆遗传资源，利用γ射线辐照济麦22获得了一个赤霉素不敏感型矮秆突变体jm22d。株高相关性状调查结果及茎秆细胞学试验显示，jm22d株高为53±1.8 cm，比野生型（WT）低约20 cm。jm22d整株茎秆共有4节，比WT少一节且各节间长度显著小于WT。与WT相比，jm22d茎秆细胞长度缩短。赤霉素含量测定发现，jm22d叶片中赤霉素含量高于WT，而茎秆中赤霉素含量低于WT（P<0.01），因此，jm22d株高降低与赤霉素转运途径出现异常有关。为了深入研究jm22d对赤霉素的响应机理，对jm22d和WT幼苗进行赤霉素处理，分别收取处理0（D0）、1（D1）和3 d（D3）的样品进行转录组学分析。结果表明，与WT相比，在jm22d中共筛选到696个上调和1 067个下调的表达基因，其中62个和349个基因在3个时间点分别表现为上调和下调表达。叶绿素含量测定表明，jm22d中叶绿素含量随赤霉素处理时间的延长而降低，聚类分析结果表明，差异表达基因主要富集在光合作用-天线蛋白（photosynthesis-antenna proteins，ko00196）、卟啉和叶绿素代谢（porphyrin and chlorophyll metabolism，ko00860）、亚油酸新陈代谢（linoleic acid metabolism，ko00591）等通路，因此赤霉素处理对jm22d体内叶绿素含量的积累具有抑制作用。通过KEGG分析在植物激素信号转导途径中挖掘到5个差异表达基因（TraesCS2B01G582300、TraesCS2B01G600800、TraesCS2B01G556600、TraesCS2B01G630000和TraesCS6B01G439600）参与生长素、细胞分裂素等激素代谢途径，这些基因在jm22d中显著下调，这可能是jm22d矮化的重要原因。研究结果为矮秆突变体矮化机制的解析提供了重要参考。