不同降水梯度下C4多年生牧草叶片经济性状关系的变化与差异基因表达有关

IF 8.3 1区生物学 Q1 PLANT SCIENCES

New Phytologist Pub Date : 2025-03-28 DOI:10.1111/nph.70089

Robert W. Heckman, Michael J. Aspinwall, Samuel H. Taylor, David B. Lowry, Albina Khasanova, Jason E. Bonnette, Samsad Razzaque, Philip A. Fay, Thomas E. Juenger

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摘要

另一种具有许多优势的方法是检查转录组反应与构成LES的形态和生理特征之间的联系，以确定LES的生理和分子功能（即潜在变量）。转录组学不需要事先了解可能构成叶片经济权衡的性状，与过去研究中使用的费力方法相比，转录组学具有高通量和相对便宜的特点(Blonder等人，2015；John et al., 2017；Onoda et al., 2017)。这些属性使转录组学成为一种有希望的方法，用于评估Shipley等人（2006）和Onoda等人（2017）先前提出的较低级别功能对leaf经济学策略的重要性，以及识别可以在未来研究中测试的其他潜在重要功能。这可以通过在不同基因型、不同环境或两者中识别具有相似表达模式的基因组来实现，并将这些共表达基因组与叶片经济性状进行比较（Horvath, 2011）。当基因共表达网络和叶片经济性状之间存在强烈的关系时，分析可以评估这些共表达基因在特定过程中的功能是否比在整个转录组中偶然预期的更频繁(Alexa &amp；Rahnenfuhrer, 2024)。尽管转录组反应比构成叶片的形态和生理特征更动态（Volaire, 2018），但它们仍然可以揭示可塑性和遗传变异如何影响叶片形态和生理。首先，具有不同叶片经济策略的植物通常会构建不同组织组成的叶片(Poorter et al., 2009；Onoda et al., 2017)。因为基因表达可以在组成叶片的不同细胞类型之间变化(例如Marand等人，2021；Xia等人，2022)，以不同方式构建的叶片可能具有不同的转录组谱。其次，在一系列基因型和环境中检查转录组谱可能有助于区分与与环境变化不大的植物性状密切相关的基因与与特定环境中的性状特异性相关的基因(Cruz等人，2020；Darwiche,Struhl, 2020)，以及基因表达与叶片经济性状之间的关系是否随着叶片经济性状的整合程度提高而增强。在本研究中，我们研究了分布广泛、表型多样的禾本科植物Panicum virgatum L. （Poaceae）的多个基因型叶片经济性状的表型可塑性和遗传变异。在美国东部和中部的原生地，不同生态型的维加姆经历了截然不同的生长季节长度，这可能解释了其生态型之间叶片经济策略的差异(Casler, 2012；Lovell et al., 2021；Heckman et al., 2024)：高地生态型，更常见的范围北部的P. virgatum，往往表现出获得性表型，而低地生态型，更常见的范围南部，通常表现出保守表型(Aspinwall等人，2013；Heckman et al., 2020)。在这些植物中，我们测量了三个叶片经济性状——叶片氮浓度（NMASS）、LMA和光合速率（AMASS）——以及不同降水梯度下的基因表达，以解决以下五个问题。(1)降水变化如何影响叶片经济性状的变异和协变？(2)叶片经济性状和性状组合的选择是否沿降水梯度变化？(3)基因表达模式是否符合获取与保守的叶片经济学权衡？(4)在叶片经济性状协变强的环境中，基因表达与叶片经济性状的关系是否增强？(5)基因表达与叶片经济权衡之间的一致性是否有助于深入了解叶片经济权衡背后的生理功能？

本文章由计算机程序翻译，如有差异，请以英文原文为准。

Changes in leaf economic trait relationships across a precipitation gradient are related to differential gene expression in a C4 perennial grass

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期刊介绍： New Phytologist is an international electronic journal published 24 times a year. It is owned by the New Phytologist Foundation, a non-profit-making charitable organization dedicated to promoting plant science. The journal publishes excellent, novel, rigorous, and timely research and scholarship in plant science and its applications. The articles cover topics in five sections: Physiology & Development, Environment, Interaction, Evolution, and Transformative Plant Biotechnology. These sections encompass intracellular processes, global environmental change, and encourage cross-disciplinary approaches. The journal recognizes the use of techniques from molecular and cell biology, functional genomics, modeling, and system-based approaches in plant science. Abstracting and Indexing Information for New Phytologist includes Academic Search, AgBiotech News & Information, Agroforestry Abstracts, Biochemistry & Biophysics Citation Index, Botanical Pesticides, CAB Abstracts®, Environment Index, Global Health, and Plant Breeding Abstracts, and others.