菊芋是一种兼具生态与经济价值的多抗作物，在干旱半干旱地区的植被恢复与农业发展中潜力显著。然而，其抗旱分子机制尚不明确，限制了抗旱育种与高效利用。为此，研究团队以抗旱型菊芋QY3和干旱敏感型菊芋QY1为材料，开展了干旱胁迫下的系统研究，解析了菊芋响应干旱胁迫的基因表达调控网络，揭示了抗旱品种通过激活次生代谢、增强抗氧化与渗透调节能力等多途径协同应对干旱的分子机制。
研究发现，在持续干旱条件下，抗旱型菊芋QY3在根系含水量、叶绿素含量、超氧化物歧化酶活性及可溶性糖积累等方面均优于敏感型QY1。转录组分析表明，两类材料在次生代谢、光反应及细胞壁代谢等通路上存在显著差异，QY3中黄酮类和花青素合成通路基因显著上调，可能增强其抗氧化能力。通过加权基因共表达网络分析，研究构建了菊芋抗旱基因调控网络，识别出4个关键模块，并筛选出16个核心基因，功能涉及组蛋白修饰、ABA信号传导及蛋白激酶活性等。进一步在拟南芥突变体中进行验证，发现磷脂/甘油酰基转移酶和含ATP结合位点的蛋白激酶编码基因的功能缺失会显著削弱植株的渗透调节能力与抗旱性。
研究成果为菊芋抗旱育种提供了重要的候选基因资源，也为高原地区生态修复与特色作物培育提供了理论支撑。相关成果以“A comprehensive analysis of transcriptome and weighted gene co-expression network(WGCNA)reveals functional genes participating indrought stress response of Jerusalem artichoke (Helianthus tuberosus L.)”为题发表于《Plant Growth Regulation》。研究获得国家自然科学基金项目（32260764、32160704）资助。
供稿：农林科学院
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