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缺铁引起面包小麦转录组的变化 导读 植物体内一系列复杂的转运，存储和调节机制控制着铁代谢，从而维持体内的铁稳态。尽管关于不同植物物种对缺铁响应的研究很多，但耕种最广泛的商业作物六倍体小麦的这些机制仍不清楚。在铁限制条件时，作者使用RNA测序揭示了小麦旗叶和根中的转录组变化。分别在旗叶和根中鉴定出5969和2591个差异表达基因（DEG）。在铁缺乏时，参与铁配体合成的基因，即烟草胺（NA）和脱氧麦根酸（DMA）显著上调。在根和旗叶中分别共有337和635个编码转运蛋白的基因表达发生变化。调节了与主要促进因子超家族（MFS），ATP结合盒（ABC）转运蛋白超家族，天然抗性相关巨噬蛋白（NRAMP）家族和寡肽转运子（OPT）家族相关的几个基因，表明它们在植物对抗缺铁胁迫中的重要作用。在调节因子中，编码碱性螺旋-环-螺旋（bHLH）家族的转录因子的基因在根和旗叶中均被上调。茉莉酮酸酯的生物合成途径显著变化，但根与旗叶之间的表达差异明显。同源物表达和归纳偏置分析揭示了亚基因组特异性差异表达。本研究结果提供了小麦响应缺铁胁迫的调控分子过程的综合概述，该结果可能成为育种耐缺铁胁迫作物及设计适当的小麦铁生物强化策略的指南。 实验设计 结果 1?响应缺铁胁迫的DEG 在不同样本之间产生了12.92到2,509万的高质量的片段。其中，IWGSC小麦基因组装配RefSeq v1.0的HC基因比对有50.69％至70.34％的片段比对成功（附表1）。缺铁条件下，在旗叶中鉴定出5969个差异表达基因（FDR 0.05，倍数变化≥2），其中4226个基因上调，1743个基因下调（图1）。与旗叶相比，根样品的DEG数量（2591个基因）较少，其中有1186个上调基因和1405个下调基因（图1）。旗叶和根共享684个DEG，其中472个基因在两个组织之间表现出相似的表达模式。在这472个基因中，两个组织中的343个基因被上调，而129个基因被下调。其余的212个基因在旗叶和根之间具有相反的调控模式（图1）。此外，在缺铁的小麦植株中，叶绿素a和叶绿素b下降了近70％，类胡萝卜素下降了50％以上，这再次证明了缺铁胁迫处理的实施效果（补充图2）。 ? 图1 缺铁条件下根和旗叶中的DEG数量。韦恩图显示了根和旗叶中的总DEG（FDR 0.05，倍数变化≥2）。绿色代表旗叶中的总DEG；蓝色代表根中的总DEG。向上的箭头表示基因表达的上调；向下箭头表示基因表达的下调。 Identifier Blast Hit Fold change Roots Flag Leaves TraesCS2D02G425700 ERF4-like -3 2.47 TraesCS4B02G299400 TaERFVII.4-4B -3.36 -14.61 TraesCS2A02G288000 ERF113-like -2.27 7.07 TraesCS2A02G081300 PYE-like (bHLH47-like) 6.85 13.41 TraesCS2B02G095900 PYE-like (bHLH47-like) 17.6 25.79 TraesCS2D02G079100 PYE-like (bHLH47-like) 10.86 8 TraesCS2A02G157800 PYE-like (bHLH47-like) 2.5 3.99 TraesCS2D02G163900 PYE-like (bHLH47-like) 2.66 4.12 TraesCS3A02G489600 ORG2-like (bHLH38-like) 433.99 2594.54 TraesCS3B02G550000 ORG2-like (bHLH38-like) 188.05 121.61 TraesCS3D02G495600 ORG2-like (bHLH38-like) 1291.76 413.83 TraesCS3A02G489500 ORG2-like (bHLH38-like) 108.42 203.98 TraesCS3B02G549800 ORG2-like (bHLH38-like) 1137.69 22.67 TraesCS3D02G495400 ORG2-like (bHLH38-like) 61.39 36.01 TraesCS2A02G515300 bHLH100-like 768.85 361.45 TraesCS2B02G543700 bHLH100-like 271.83 234.78 TraesCS2B02G543800 bHLH100-like 1106.44 165.75 TraesCS2D02G517000 bHLH100-like 316.02 181.92 TraesC