Natural variation and gene regulatory basis for the responses of asparagus beans to soil drought

豇豆對土壤干旱響應(yīng)的自然變異及基因調(diào)控基礎(chǔ)

蘆筍豆（Vigna unguiculata ssp. sesquipedalis）是豇豆的亞洲亞種，豇豆是一種原產(chǎn)于非洲的抗旱豆類作物。為了探索蘆筍豆干旱反應(yīng)的遺傳變異，我們對中國蘆筍豆的抗旱性狀進(jìn)行了多年表型分析。表型分布表明ssp。盡管存在已知的國內(nèi)瓶頸，但sesquipedalis亞基因庫在干旱反應(yīng)中仍保持較高的自然變異。通過全基因組關(guān)聯(lián)研究 (GWAS)，發(fā)現(xiàn)39個(gè)SNP位點(diǎn)與抗旱性相關(guān)。全株用水關(guān)系通過蒸滲法在四種基因型之間進(jìn)行比較。觀察到與避免脫水有關(guān)的蒸騰模式和臨界土壤水分閾值的明顯基因型差異，表明每個(gè)基因型對其自身氣候都有微妙的適應(yīng)機(jī)制。微陣列基因表達(dá)分析表明，已知的抗旱通路如ABA和磷酸鹽脂質(zhì)信號通路在不同基因型之間是保守的，而某些水通道蛋白基因和激素基因的差異調(diào)控可能對基因型差異很重要。本文結(jié)果表明，對土壤水分含量的不同敏感性是配置基因型對水分虧缺的特異性反應(yīng)的一個(gè)重要機(jī)制。所鑒定的SNP標(biāo)記為標(biāo)記輔助育種提供了有用的資源。

圖1.四個(gè)品系的全株生長速率和水分利用效率（WUE）

植物生長速率和水分利用效率(WUE) 表現(xiàn)出品系之間的主要差異（圖 1A、B）。B128在良好澆水條件下生長速度最快，WUE最高；然而，干旱處理導(dǎo)致該品系的生長潛力損失最大（圖1C）。B47顯示出緩慢的生長速度和適度的WUE，響應(yīng)干旱處理，生長潛力損失較小。B118和B253表現(xiàn)出這些參數(shù)的更大穩(wěn)定性。

圖2.整株植物對環(huán)境變化的響應(yīng)，標(biāo)準(zhǔn)化為植物重量和蒸汽壓差(VPD)。

全株蒸騰作用（ET）和ET歸一化為植株大小（ET/重量）；ETW）和土壤含水量（SWC）的消耗表明，植物蒸騰作用取決于大小（圖2）。B128在WW條件下表現(xiàn)出最高的ET，單位質(zhì)量的水分損失（ETW）最低，而B118和B47則表現(xiàn)出相反的模式。

對于每個(gè)基因型，TW與SWC的曲線圖顯示了一個(gè)明顯的、恒定的午間蒸騰水平（Emax），直到土壤含水量達(dá)到一個(gè)臨界值（θcr），此時(shí)蒸騰速率出現(xiàn)下降（圖3A，B）。這種ETW（SWC）模式表明，只有當(dāng)SWC<θcr時(shí)，土壤水分有效性才成為一個(gè)限制因素，并且在土壤水分逐漸枯竭的情況下，每一次入滲都具有保持最大蒸騰速率的獨(dú)特能力。B47和B128線可能對土壤水分虧缺最敏感和最不敏感，因?yàn)樗鼈儽憩F(xiàn)出最高和最低的θcr值（圖3C，D）。B47 在達(dá)到 θcr 后也顯示出最高的 ET 下降率（圖 3D）表明該線達(dá)到了最有效的脫水避免響應(yīng)。