通過Plantarray植物生理表型研究系統(tǒng)了解蔬菜豆類的保水性與抗旱性

Plantarray是一款基于稱重的高通量、多傳感器生理表型平臺以及植物逆境生物學(xué)研究通用平臺。該系統(tǒng)可持續(xù)、實時測量位于不同環(huán)境條件下、陣列中每個植株的土壤-植物-空氣（SPAC）中的即時水流動。直接測量根系和莖葉系統(tǒng)水平衡和生物量增加，計算植物生理參數(shù)以及植物對動態(tài)環(huán)境的反饋。系統(tǒng)以有效、易用、無損的方式針對植物對不同處理的反應(yīng)、預(yù)測植物生長和生產(chǎn)力進行定量比較，廣泛應(yīng)用于生物脅迫和非生物脅迫以及植物栽培加速育種研究等，脅迫研究涵蓋干旱脅迫、鹽脅迫、重金屬脅迫、熱、冷脅迫、光脅迫以及灌溉/養(yǎng)分、CO2指示、植物健康等領(lǐng)域的研究。
 

摘要

蔬菜大豆和豇豆是相關(guān)的暖季豆類，在類似的根系干旱脅迫下表現(xiàn)出截然不同的葉片水分利用行為，其機制尚不清楚。在這里，我們對生長在反饋灌溉系統(tǒng)中的兩種作物進行了綜合表型轉(zhuǎn)錄組研究，該系統(tǒng)能夠精確控制土壤含水量。連續(xù)蒸騰速率監(jiān)測表明，豇豆在土壤干旱早期更保守地用水，但在長期干旱下往往保持較高的蒸騰速率。有趣的是，我們觀察到在中度土壤干旱下，大豆的特定蒸騰速率增加，并伴隨著相移。

時間序列轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析表明，豇豆在土壤干旱早期存在脫水回避機制，提示VuHAI3和VuTIP2基因參與其中。多因子基因聚類分析揭示了基因?qū)Ω珊�、一天中的時間以及它們在兩種作物之間的相互作用的不同反應(yīng)性，這涉及生物鐘基因的物種依賴性調(diào)節(jié)�；�因網(wǎng)絡(luò)分析確定了兩個共同表達模塊，每個模塊都與豇豆和大豆的蒸騰速率有關(guān)，包括物種之間的一對負相關(guān)模塊。鑒定了模塊樞紐基因，包括ABA降解基因GmCYP707A4和海藻糖磷酸酶/合酶基因VuTPS9。模塊間網(wǎng)絡(luò)分析揭示了中樞基因的推定共同參與者。轉(zhuǎn)基因分析證實了VuTPS9在滲透脅迫下調(diào)節(jié)蒸騰速率的作用。這些發(fā)現(xiàn)表明，在遭受類似土壤干旱的兩種作物的葉片中，物種特異性轉(zhuǎn)錄組重編程不僅是不同抗旱水平的結(jié)果，也是其原因之一。