馬鈴薯塊莖膨大期葉片響應(yīng)干旱與復(fù)水的轉(zhuǎn)錄組分析

摘" 要" 以榆林市農(nóng)科所提供的‘冀張薯8號(hào)’組培苗為試驗(yàn)材料，在馬鈴薯對(duì)水分比較敏感的塊莖膨大期進(jìn)行干旱與復(fù)水處理，利用RNA-seq技術(shù)分析馬鈴薯葉片在干旱脅迫和水分刺激下的基因表達(dá)譜，采用q-RT-PCR技術(shù)驗(yàn)證RNA-seq數(shù)據(jù)的可靠性。結(jié)果表明：隨機(jī)選取的16個(gè)基因與轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)高度一致，進(jìn)一步證明轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)的可靠性。在分子水平上，水分脅迫使馬鈴薯葉片中基因表達(dá)大幅調(diào)整，與ABA及環(huán)境脅迫誘導(dǎo)的基因、膜脂代謝相關(guān)基因大幅上調(diào)，復(fù)水后快速恢復(fù)。經(jīng)KEGG富集分析，水分脅迫下葉片差異表達(dá)基因主要富集于次生代謝生物合成途徑、植物激素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、淀粉和蔗糖代謝等過(guò)程。復(fù)水后，與蛋白質(zhì)合成、轉(zhuǎn)錄調(diào)控、吸水能力和有毒物質(zhì)清除有關(guān)的基因大幅上調(diào)表達(dá)，以適應(yīng)馬鈴薯干旱后復(fù)水的快速恢復(fù)以及補(bǔ)償生長(zhǎng)的要求。研究結(jié)果可為抗旱抗逆性的品種改良提供基因資源，同時(shí)為深層次揭示馬鈴薯抗旱機(jī)理提供理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞" 馬鈴薯；水分脅迫；旱后復(fù)水；轉(zhuǎn)錄組測(cè)序；分子機(jī)理

doi：10.7606/j.issn.1004-1389.2024.08.006

https：//doi.org/10.7606/j.issn.1004-1389.2024.08.006

收稿日期：2022-05-12" 修回日期：2022-06-19

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金（52079132）；國(guó)家“十二五”重大科技支撐計(jì)劃課題（2015BAD22B01）；西北農(nóng)林科技大學(xué)科技創(chuàng)新專項(xiàng)（Z109021304）。

第一作者：鄭太波，男，高級(jí)農(nóng)藝師，研究方向?yàn)槭眍愖魑锔弋a(chǎn)高效栽培及品種選育。E-mail：1163687020@qq.com

通信作者：李紅兵，男，博士，副研究員，研究方向?yàn)樽魑锟鼓娴纳砼c分子機(jī)理。E-mail：lhb_7381@nwafu.edu.cn

作為世界上第四大糧食作物， 馬鈴薯（Solanum tuberosum L.）的種植面積僅次于水稻、玉米和小麥，其生產(chǎn)對(duì)于確保全球糧食安全和滿足由于人口日益增長(zhǎng)帶來(lái)的糧食需求意義重大［1］。馬鈴薯也是中國(guó)第四大作物，由于其耐貧瘠、抗逆性強(qiáng)、高產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)效益高、產(chǎn)業(yè)鏈長(zhǎng)等特點(diǎn)，是中國(guó)很多地區(qū)適宜種植的主要糧蔬作物之一，此外，在不擠占糧食作物用地的前提下，通過(guò)種植馬鈴薯能有效擴(kuò)充糧食供給，保障國(guó)家糧食安全［2］。自2015年馬鈴薯主糧化以來(lái)，中國(guó)馬鈴薯年種植面積和產(chǎn)量均居世界首位，分別占全球的27%和24%［3］。目前，中國(guó)馬鈴薯主產(chǎn)區(qū)大部分分布于干旱、半干旱地區(qū)，長(zhǎng)期或季節(jié)性的干旱脅迫會(huì)嚴(yán)重影響馬鈴薯的植株長(zhǎng)勢(shì)、塊莖產(chǎn)量和商品性［4］。大多數(shù)馬鈴薯栽培品種對(duì)干旱脅迫較為敏感［5］，馬鈴薯根系具有淺且稀疏的特點(diǎn)，使其容易受到干旱缺水的影響，從而限制了馬鈴薯的生長(zhǎng)發(fā)育、生物產(chǎn)量和種植面積。因此，選育新抗旱品種是推動(dòng)馬鈴薯種植業(yè)可持續(xù)發(fā)展的最高效的方法" 之一。

干旱缺水是一個(gè)世界性問(wèn)題，是限制植物生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量形成的重要因素［6］。據(jù)估計(jì)，在影響植物生產(chǎn)力的諸多環(huán)境因子中，水分不足所造成的危害超過(guò)了其他環(huán)境因子［7］。干旱和短時(shí)濕潤(rùn)交替是半干旱區(qū)作物生長(zhǎng)的水分環(huán)境特點(diǎn)，其典型特征是短期降雨與階段干旱并存［8-9］。因此，該地區(qū)植物的生長(zhǎng)存活和產(chǎn)量不僅取決于其對(duì)階段無(wú)雨期干旱環(huán)境的適應(yīng)能力，也決定于其對(duì)雨后土壤水資源瞬時(shí)增加的響應(yīng)和利用能力［10］。全球氣候變化可能導(dǎo)致干旱的頻率和強(qiáng)度增加［11］，在這種多變低水環(huán)境條件下，就要求植物在遭受干旱脅迫時(shí)，不僅能夠抵御干旱脅迫，并且需要一旦有降水或灌溉，又能夠從干旱損害中迅速恢復(fù)。作物在修復(fù)階段的許多生理生化過(guò)程都有一定的變化，以適應(yīng)水分虧缺與恢復(fù)的動(dòng)態(tài)變化，即水分的虧缺反應(yīng)-傷害-修復(fù)-補(bǔ)償機(jī)制［12］。因此，研究作物在旱后復(fù)水的恢復(fù)機(jī)理與作物在干旱脅迫下的抗旱機(jī)制具有同樣重要的作用［13］。

干旱和半干旱地區(qū)引進(jìn)和繁殖作物品種的過(guò)程中，通常只觀察到品種對(duì)干旱脅迫的適應(yīng)性及其響應(yīng)，然而，在干濕交替和旱后復(fù)水條件下生長(zhǎng)和生理功能的恢復(fù)能力以及作物在復(fù)水過(guò)程中生理與分子水平上的差異沒(méi)有得到足夠的重視。植物抗旱能力的綜合表現(xiàn)主要體現(xiàn)為對(duì)干旱脅迫的抵抗能力和旱后復(fù)水的快速恢復(fù)能力，其中旱后復(fù)水的恢復(fù)能力在植物抗旱中具有非常重要的意義［14］。在分子水平上，植物需要進(jìn)行轉(zhuǎn)錄調(diào)控以盡量減少干旱的危害［15］，旱后復(fù)水常使植物的分子生理功能得到一定程度的恢復(fù)。干旱信號(hào)調(diào)節(jié)植物細(xì)胞基因的表達(dá)，產(chǎn)生新的蛋白質(zhì)，使植物體內(nèi)的生理過(guò)程發(fā)生適應(yīng)性改變以應(yīng)對(duì)干旱。所以深入研究植物對(duì)干旱脅迫和復(fù)水后水分刺激應(yīng)答的分子機(jī)理，發(fā)掘關(guān)鍵調(diào)控基因，對(duì)培育抗旱能力強(qiáng)、水分利用效率高的新品種十分關(guān)鍵。

近年來(lái)，很多學(xué)者已經(jīng)對(duì)馬鈴薯干旱條件下的生理分子響應(yīng)機(jī)制以及抗旱的機(jī)理進(jìn)行了相關(guān)研究，并取得一些突破與成果。 Zhang等［16］ 利用轉(zhuǎn)錄組測(cè)序技術(shù)研究了馬鈴薯品種‘隴薯3號(hào)’在持續(xù)干旱脅迫下，葉片中差異表達(dá)的基因，結(jié)果鑒定出了842個(gè)上調(diào)和494個(gè)下調(diào)的干旱響應(yīng)基因，這些基因主要涉及代謝改變、滲透調(diào)節(jié)、細(xì)胞恢復(fù)和基因調(diào)控，反映出干旱適應(yīng)的復(fù)雜性。Yang 等［17］采用RNA-seq技術(shù)研究了PEG模擬干旱脅迫下，二倍體土豆耐旱基因型P3-198 響應(yīng)干旱的基因表達(dá)譜，鑒定出了1 665個(gè)差異表達(dá)的基因，對(duì)這些差異表達(dá)基因進(jìn)行功能注釋發(fā)現(xiàn)：差異基因主要編碼蛋白激酶、轉(zhuǎn)錄因子、碳水化合物代謝、氧化還原調(diào)節(jié)以及滲透調(diào)節(jié)相關(guān)的蛋白。許多研究發(fā)現(xiàn)，在水分脅迫處理下，轉(zhuǎn)錄因子的作用很關(guān)鍵，如 ERF［18］、MYB［19］及 WRKY［20］ 等，這些轉(zhuǎn)錄因子大都參與水分脅迫信號(hào)的傳遞過(guò)程，說(shuō)明轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控植物適應(yīng)干旱逆境的重要性。這些結(jié)論為馬鈴薯適應(yīng)干旱的分子機(jī)理研究奠定了一定基礎(chǔ)，然而，缺乏對(duì)馬鈴薯旱后復(fù)水恢復(fù)機(jī)制的分子機(jī)理解析。通過(guò)轉(zhuǎn)錄組測(cè)序平臺(tái)，不斷挖掘植物干旱脅迫與復(fù)水響應(yīng)基因非常重要，有助于加速耐旱品種育種技術(shù)的發(fā)展。

馬鈴薯（Solanum tuberosum L.）作為中國(guó)第四大重要的糧食作物，其種植地域主要位于干旱半干旱地區(qū)，該區(qū)域水資源受限，極易干旱，加之馬鈴薯植株根系淺，吸收水分的能力較弱，因而其生長(zhǎng)過(guò)程常易遭受干旱脅迫。半干旱區(qū)作物生長(zhǎng)的水分環(huán)境特點(diǎn)是干旱與短時(shí)濕潤(rùn)交替，深入了解馬鈴薯適應(yīng)不同水分狀況的分子機(jī)制，發(fā)掘關(guān)鍵調(diào)控基因，對(duì)培育抗旱能力強(qiáng)、水分利用效率高的新品種意義重大。因此，本研究以當(dāng)?shù)刂髟择R鈴薯品種‘冀張薯8號(hào)’為試驗(yàn)材料，在其水分敏感的塊莖膨大期進(jìn)行干旱與復(fù)水處理，利用轉(zhuǎn)錄組測(cè)序技術(shù)，分析葉片中的差異表達(dá)基因，挖掘馬鈴薯響應(yīng)干旱與復(fù)水的重要調(diào)控基因，篩選出參與調(diào)控干旱適應(yīng)以及復(fù)水恢復(fù)的差異表達(dá)基因，分析其響應(yīng)基因的調(diào)控機(jī)制，進(jìn)而闡明馬鈴薯在逆境下分子水平的適應(yīng)機(jī)制，以期為抗旱抗逆性的品種改良提供基因資源，同時(shí)為深層次揭示馬鈴薯抗旱機(jī)理提供理論基礎(chǔ)。

1" 材料與方法

1.1" 供試材料

試驗(yàn)材料為中國(guó)西北地區(qū)廣泛種植的馬鈴薯品種‘冀張薯8號(hào)’的組培苗（榆林市農(nóng)科所薯類研究組提供）；供試土壤為陜北黃綿土，土壤有機(jī)質(zhì)含量0.3%、全氮含量0.02%、全磷含量" 0.059%、全鉀含量1.87%、速效磷含量4"" mg/kg、速效鉀含量175.8 mg/kg。供試盆缽上徑32 cm，底徑22 cm，高27 cm，每盆裝土9 kg ，每盆土中分別施尿素6.52 g（純氮0.3 g/kg），硫酸鉀5.55 g（K2O 0.3 g/kg），過(guò)磷酸鈣12.5 g（P2O5 0.2 g/kg），試驗(yàn)土壤風(fēng)干后過(guò)篩，隨后裝于盆中。挑選大小基本相同的馬鈴薯苗移栽于盆缽中，每盆一株，然后置于人工氣候室培養(yǎng)。培養(yǎng)條件為：溫度20 ℃～25 ℃，14 h光照/10 h黑暗，光照度600～800 μmol/（m2·s）。移栽2周后，每盆再覆土1 kg。

1.2" 試驗(yàn)處理

試驗(yàn)設(shè)3 個(gè)處理，正常供水，每處理20個(gè)重復(fù)，共60盆。正常供水（對(duì)照，CL）：土壤含水量控制在最大田間持水量（凈含水量為22%）的75%～80%；干旱脅迫（DL）：在馬鈴薯塊莖膨大期（移栽后75 d）開(kāi)始控水處理，盆栽稱量法控制土壤含水量，控水至最大田間持水量的40%～45%后保持7 d，隨后按照表1試驗(yàn)方案所列時(shí)間點(diǎn)采集樣品；旱后復(fù)水處理（DWL）：干旱脅迫7 d后復(fù)水至正常供水水平，復(fù)水1 d后采樣。

采集第三或第四功能葉，采樣后立即放在液氮中速凍，隨后置于 -80 ℃冰箱內(nèi)保存，用于后續(xù)分析，取樣方案見(jiàn)表1。

1.3" 總RNA樣品檢驗(yàn)

提取總RNA后，首先使用瓊脂糖凝膠電泳分析RNA的降解程度，判斷樣品是否污染，然后使用Nanodrop和Agilent 2100分別檢測(cè)RNA的純度（OD260/D280）以及完整性，最后用Qubit對(duì)RNA濃度進(jìn)行精確定量。

1.4" 數(shù)據(jù)處理與質(zhì)量評(píng)估

RNA-seq測(cè)序獲得的信息以圖像形式展現(xiàn)，經(jīng)Base Calling分析，從而獲得Raw Reads，隨后通過(guò)測(cè)序錯(cuò)誤率分布檢查、A/T/G/C 含量分布檢查等將測(cè)序結(jié)果進(jìn)行過(guò)濾。

1.5" 參考序列比對(duì)及基因表達(dá)水平分析

對(duì)clean reads數(shù)據(jù)開(kāi)始分析，運(yùn)用HISAT軟件進(jìn)行基因組定位。用expected number of Fragments Per Kilobase of transcript sequence per Millions base pairs sequenced （FPKM ）表示基因表達(dá)狀況，統(tǒng)計(jì)對(duì)照（CL）、干旱脅迫（DL）以及復(fù)水（DWL）處理下馬鈴薯葉片中的基因表達(dá)水平和轉(zhuǎn)錄本豐度，了解基因變化情況。在有參考基因組的轉(zhuǎn)錄組研究中，通常以FPKM值為 1作為篩選標(biāo)準(zhǔn)，大于1說(shuō)明基因表達(dá)。

1.6" 差異表達(dá)基因篩選及注釋與分析

運(yùn)用 DESeq分析差異基因［21］，篩選各處理樣品間存在的差異基因（differentially expressed genes，DEGs），篩選的數(shù)據(jù)為基因表達(dá)水平分析中獲得的readcount數(shù)據(jù)，對(duì)差異基因的篩選標(biāo)準(zhǔn)是padjlt;0.05。利用Gene Ontology（GO）和Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes（KEGG）注釋，了解基因功能，從而掌握基因功能與處理間的關(guān)系。GO富集運(yùn)用GO seq軟件［22］進(jìn)行，篩選條件以P lt;0.05為閾值，滿足此條件為顯著富集的GO類別（term）。使用KOBAS （2.0） 進(jìn)行Pathway 富集分析［23］，滿足Q值≤" 0.05閾值條件的代謝途徑為差異基因顯著富集的pathway。

1.7" 實(shí)時(shí)熒光定量PCR（q-RT-PCR）驗(yàn)證

利用q-RT-PCR技術(shù)驗(yàn)證RNA-seq結(jié)果的可靠性，隨機(jī)選取馬鈴薯葉片轉(zhuǎn)錄組測(cè)序中P lt;0.05的16 個(gè)差異基因，根據(jù)DEGs的CDS序列設(shè)計(jì)引物，以馬鈴薯Actin作為內(nèi)參基因（表2）。

提取總RNA后，以500 ng RNA為模板利用Takara RT-PCR Kit進(jìn)行第一鏈反轉(zhuǎn)錄得到cDNA。根據(jù)Prime ScriptTM RT Master Mix（Takara，Japan）熒光定量試劑盒配置 Real-time PCR 的反應(yīng)體系。qRT-PCR用CFX96 C1000 qPCR儀（bio-rad，USA）進(jìn)行操作，整個(gè)反應(yīng)體系為20SymbolmA@L，包括10SymbolmA@L的反應(yīng)混合物，各1SymbolmA@L的引物，2SymbolmA@L的cDNA以及6SymbolmA@L的無(wú)菌水。具體試驗(yàn)程序：95 ℃ 預(yù)處理30 s； 95 ℃ 5 s， 60 ℃" 30 s， 40個(gè)循環(huán)；采用2-△△Ct法計(jì)算各個(gè)基因的相對(duì)表達(dá)量。每個(gè)樣品3次重復(fù)。

2" 結(jié)果與分析

2.1" 干旱處理后表型變化

選擇高度一致，大小均勻的馬鈴薯作為試材。干旱處理一周后，相比于對(duì)照，干旱處理的馬鈴薯生長(zhǎng)明顯受到抑制，從表觀上看，受旱植株明顯小于正常水分處理的植株（圖1）。表明水分不足限制了馬鈴薯的生長(zhǎng)，干旱脅迫處理是有效的。

2.2" 測(cè)序基本數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

以‘冀張薯8號(hào)’葉片的混合樣本進(jìn)行檢測(cè)并構(gòu)建其cDNA文庫(kù)，測(cè)定分析干旱與復(fù)水條件下葉片的表達(dá)譜信息。對(duì)測(cè)序結(jié)果進(jìn)行篩選、整理，得到3組共 522 288 720個(gè)原始測(cè)序片段，過(guò)濾后獲得506 133 124個(gè)clean reads。測(cè)序樣品質(zhì)控參數(shù)Q20為94.22%～97.51%，Q30為" 86.36%～93.56%，GC含量占總堿基數(shù)的"" 42.09%～42.50%（表3），9個(gè)樣本中，clean reads與基因組的匹配率為84.34～87.05，說(shuō)明所有試驗(yàn)樣品的采集及測(cè)序結(jié)果高度可信，樣本核酸完整性強(qiáng)，測(cè)序質(zhì)量較高，可以進(jìn)行下一步數(shù)據(jù)分析以及DEGs篩選。

2.3" 基因表達(dá)水平分析

在獲得對(duì)照組和處理組Reads及其與參考基因?qū)Ρ惹闆r的信息后，進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)分析各表達(dá)水平范圍內(nèi)的基因數(shù)量與基因表達(dá)狀況。

處理組和對(duì)照組組間分析結(jié)果顯示：馬鈴薯葉片中基因表達(dá)平均為19 893個(gè)，葉片正常供水、干旱脅迫以及復(fù)水處理下，表達(dá)基因占比依次為42.25%、40.11%、42%。violin（圖2）分析結(jié)果表明：干旱脅迫處理后，馬鈴薯葉片中的基因表達(dá)豐度小于正常供水水平，復(fù)水后，表達(dá)豐度與正常供水基本一致。表明干旱處理下調(diào)基因的表達(dá)，復(fù)水后基因表達(dá)基本恢復(fù)。

2.4" 不同處理間差異表達(dá)基因數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

由圖 3 可知，葉片正常供水與干旱脅迫處理間的差異表達(dá)基因?yàn)? 530個(gè)，其中上調(diào)1 393個(gè)，下調(diào)2 137個(gè)；葉片旱后復(fù)水與干旱脅迫間的差異表達(dá)基因?yàn)? 308個(gè)，其中上調(diào)1 980個(gè)，下調(diào)1 328個(gè)；旱后復(fù)水與正常供水間差異表達(dá)基因94個(gè)，上調(diào)76個(gè)，下調(diào)18個(gè)。結(jié)果表明：與正常供水相比，在干旱脅迫和旱后復(fù)水水分刺激下，馬鈴薯葉片中的基因表達(dá)大幅調(diào)整，以使馬鈴薯能夠適應(yīng)不同的水分狀況；干旱脅迫下，差異表達(dá)基因數(shù)量較大，其中下調(diào)基因占比多。旱后復(fù)水后，較干旱脅迫葉片中的上調(diào)基因較多，且復(fù)水后與正常供水處理之間的差異基因數(shù)量大幅減少。

表4列出不同處理間差異表達(dá)的前10個(gè)基因。與正常供水相比，干旱脅迫后，上調(diào)表達(dá)最為顯著的基因主要包括：脫落酸和水分脅迫誘導(dǎo)蛋白、與葉片表皮細(xì)胞角質(zhì)層沉積有關(guān)的半乳糖脂轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白、膜蛋白和未知功能蛋白；下調(diào)表達(dá)最為顯著的基因主要包括：果膠酯酶、葡萄糖醛酸表異構(gòu)酶、脂氧合酶、酰基輔酶A 合成酶以及細(xì)胞色素P450。

旱后復(fù)水后相比于干旱脅迫處理，上調(diào)表達(dá)最為顯著的基因主要包括：水通道蛋白、過(guò)氧化物酶、果膠酯酶、伸展蛋白以及幾丁質(zhì)酶；下調(diào)表達(dá)最為顯著的基因主要包括：脫落酸和水分脅迫誘導(dǎo)蛋白、肌醇磷酸合成酶、天冬酰胺合成酶以及未知功能蛋白。

旱后復(fù)水后相比于正常供水處理，上調(diào)表達(dá)最為顯著的基因主要包括：核糖體核糖核酸（包括28S和18S），轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子、1，4-葡聚糖分支酶2-2以及未知功能蛋白；下調(diào)表達(dá)最為顯著的基因主要包括：B-box型鋅脂蛋白、細(xì)胞周期蛋白" D2.1、DNA 甲基化轉(zhuǎn)移酶、核糖核酸酶以及功能未知蛋白。

2.5" 葉片不同處理間差異表達(dá)基因的富集分析

2.5.1" DL與 CL處理差異基因的GO富集分析" 干旱脅迫后，相比于正常供水處理，差異表達(dá)基因被注釋到3 391個(gè)GO accession 中，圖4為前30個(gè)顯著富集的GO term柱狀圖，結(jié)果顯示：差異表達(dá)基因GO term主要富集于生物過(guò)程與分子功能，生物學(xué)過(guò)程主要為磷代謝過(guò)程（phosphorus metabolic process）、蛋白修飾過(guò)程（protein modification process and protein phosphorylation）以及大分子的修飾過(guò)程（macromolecular modification）。而分子功能包括核苷酸的結(jié)合以及轉(zhuǎn)移酶活性、蛋白激酶活性等過(guò)程。圖中30個(gè)GO term均為顯著富集，表明水分脅迫對(duì)馬鈴薯葉片中的大分子包括核酸、蛋白以及酶代謝產(chǎn)生非常顯著的影響。

2.5.2" DWL與 DL處理差異基因的GO富集分析" 在復(fù)水處理后，較干旱脅迫而言，差異表達(dá)基因注釋于3 436個(gè)GO accession 中，經(jīng)柱狀圖分析，圖5表示前30個(gè)顯著富集的GO term，可以非常直觀地發(fā)現(xiàn)，富集最多的是生物過(guò)程，其次涉及分子功能，最少的是細(xì)胞組分；其中生物過(guò)程包括生物過(guò)程（biological" process）、單一生物過(guò)程（single organism process）、氧化還原過(guò)程（oxidation-reduction process）、磷酸化（phosphorylation）以及碳水化合物（carbohydrate metabolic process）和脂代謝過(guò)程 （lipid" metabolic process）；在分子功能中，差異基因主要與催化活性（catalytic activity）相關(guān)；而細(xì)胞組成中富集最多的是膜組成的變化，包括膜整體組成（integral component of membrane）和膜固有組成（intrinsic component of membrane）。

2.5.3" DWL與 CL處理差異基因的GO富集分析" 比較復(fù)水后與正常供水處理的差異基因并進(jìn)行GO分析，共有588個(gè)GO term被富集，圖6前30個(gè)注釋的GO term，富集最多的是生物過(guò)程，其次是分子功能，富集最少的是細(xì)胞組成。在生物過(guò)程主要有硫脂代謝過(guò)程、碳水化合物代謝過(guò)程、細(xì)胞對(duì)營(yíng)養(yǎng)水平的反應(yīng)、氨基酸代謝過(guò)程等方面。

分子功能富集的8個(gè)GO term中基因數(shù)量相對(duì)較少，都僅有1個(gè)基因注釋到其中，包括水解酶、DNA連接酶、雙鏈RNA結(jié)合等。細(xì)胞組成中富集的6個(gè)基因都與核糖體的組裝有關(guān)，推測(cè)可能與復(fù)水后恢復(fù)過(guò)程中大分子蛋白質(zhì)的合成需求有關(guān)。

2.5.4" DL、CL和DWL處理差異基因的KEGG富集分析" 干旱脅迫處理相比于正常供水差異表達(dá)基因共1 372個(gè)注釋于118個(gè)KEGG代謝途徑，圖7是干旱脅迫下差異表達(dá)基因KEGG分析的前20個(gè)顯著富集的代謝途徑，主要包含次級(jí)代謝物生物合成途徑、植物激素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑、淀粉和蔗糖代謝途徑等。

旱后復(fù)水處理與干旱處理相比，1 781個(gè)差異基因富集于118個(gè)代謝途徑，圖8為前20個(gè)顯著富集的代謝途徑，包含光合作用、糖代謝、脂類代謝和氨基酸代謝以及次級(jí)代謝物生物合成和植物激素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)等，表明復(fù)水后，相比于干旱脅迫，許多與光合作用、三羧酸循環(huán)、磷酸戊糖途徑、脂肪酸代謝、次級(jí)代謝途徑相關(guān)的基因表達(dá)變化，以應(yīng)對(duì)復(fù)水恢復(fù)過(guò)程的需求。

對(duì)旱后復(fù)水與正常供水處理差異表達(dá)基因進(jìn)行KEGG注釋，富集于21個(gè)代謝途徑，圖9為前20個(gè)代謝途徑，主要包括代謝途徑、次級(jí)代謝物質(zhì)生物合成、氨基酸生物合成、植物激素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、核糖體組裝等，其中甘油酯代謝途徑（Glycer-olipid metabolism）顯著富集。

2.6" 實(shí)時(shí)熒光定量PCR 驗(yàn)證

隨機(jī)選取各處理間差異表達(dá)的基因用于" q-RT-PCR的驗(yàn)證分析，獲得的數(shù)據(jù)和RNA-seq數(shù)據(jù)的相關(guān)性，結(jié)果見(jiàn)圖10。散點(diǎn)圖表示各試驗(yàn)處理下基因表達(dá)比率情況，RNA-Seq 數(shù)據(jù)與"" q-RT-PCR 數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性較高，相關(guān)度達(dá)到" 0.904 4，說(shuō)明q-RT-PCR 試驗(yàn)數(shù)據(jù)與RNA-seq 數(shù)據(jù)具有較好的一致性。

2.7" 葉片中淀粉與蔗糖代謝途徑關(guān)鍵酶相關(guān)基因表達(dá)水平及其與相應(yīng)生理指標(biāo)之間的相關(guān)性" 分析

由圖11可知，干旱脅迫后，葉片中蔗糖合酶（SS）、蔗糖磷酸合酶（SPS）與淀粉分支酶（SBE）基因均顯著上調(diào)表達(dá)，葡萄糖焦磷酸化酶（AGP）與束縛態(tài)淀粉合酶（GBSS）基因下調(diào)表達(dá)，其中AGP下調(diào)表達(dá)水平較正常供水差異不顯著；復(fù)水后，與干旱脅迫相比，葉片中SS、SPS與SBE顯著下調(diào)表達(dá)，下調(diào)至對(duì)照水平，AGP與GBSS表達(dá)水平上調(diào)，且顯著高于正常供水。

表5顯示：干旱脅迫下， SPS、SS基因表達(dá)量分別與SPS活性、SS活性呈正相關(guān)，AGP和GBSS與淀粉含量正相關(guān)，其中SS基因表達(dá)量與SS活性顯著正相關(guān)（表5）。說(shuō)明在干旱脅迫下，SPS與SS基因表達(dá)顯著上調(diào)和SPS與SS活性增加具有一致性，促進(jìn)了蔗糖在葉片中的合成與積累。干旱脅迫解除后，SPS與SPS活性正相關(guān)，SBE和GBSS基因表達(dá)量分別與淀粉含量正相關(guān)，AGP基因表達(dá)量與淀粉含量相關(guān)不顯著。SS基因表達(dá)量與SS活性負(fù)相關(guān)，與干旱脅迫下相反，SS與SPS基因表達(dá)下調(diào)，復(fù)水啟動(dòng)了減弱蔗糖合成的分子機(jī)制。

在淀粉合成相關(guān)基因中，AGP、GBSS分別參與腺苷二磷酸葡萄糖（ADPG）、直鏈淀粉的合成，SBE、SSS和支鏈淀粉相關(guān)［24］。在水分脅迫作用下，馬鈴薯葉片中AGP、GBSS基因下調(diào)表達(dá)與淀粉含量正相關(guān)， SBE表達(dá)量與淀粉含量不相關(guān)，此時(shí)葉片淀粉含量較高，可能是由于基因編碼蛋白酶量少，但蛋白酶活性較高，促進(jìn)淀粉在葉片中積累。復(fù)水后，葉片GBSS上調(diào)表達(dá)和SBE下調(diào)表達(dá)與淀粉含量呈正相關(guān)，葉片總淀粉含量處于正常水平，表明復(fù)水后在一定程度上修復(fù)了馬鈴薯葉片中淀粉的合成與轉(zhuǎn)運(yùn)。上述結(jié)果說(shuō)明，在不同水分條件下，通過(guò)接收外界水分刺激信號(hào)，馬鈴薯啟動(dòng)自身的調(diào)控機(jī)制，如功能基因的表達(dá)，調(diào)節(jié)蛋白酶編碼狀況，進(jìn)而調(diào)控蛋白酶活性參與碳水化合物的合成、積累與轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程，以更好適應(yīng)逆境。

3" 討" 論

干旱不僅抑制作物生長(zhǎng)，影響其在自然中的地域分布，而且嚴(yán)重限制作物產(chǎn)量，威脅糧食安全。在中國(guó)，馬鈴薯主要種植于干旱半干旱地區(qū)，該區(qū)域氣候變化風(fēng)險(xiǎn)高，干旱脅迫常常是主要威脅因素之一。因此，提高馬鈴薯的抗旱能力，解析馬鈴薯適應(yīng)水分虧缺的機(jī)制以及復(fù)水后快速恢復(fù)的機(jī)理，對(duì)于合理利用地區(qū)水資源，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力至關(guān)重要。馬鈴薯對(duì)干旱的復(fù)雜反應(yīng)受其基因型、發(fā)育階段和環(huán)境的相互作用影響，經(jīng)常出現(xiàn)受試材料大小不一，表型不一致的困擾，本研究選擇生長(zhǎng)條件嚴(yán)格一致的組培苗作為材料，可以消除這種干擾，采用RNA-seq技術(shù)破譯馬鈴薯干旱應(yīng)答和復(fù)水恢復(fù)的分子機(jī)理，解析馬鈴薯干旱應(yīng)答和復(fù)水恢復(fù)的核心因子，篩選應(yīng)答干旱和旱后復(fù)水的關(guān)鍵基因，后續(xù)試驗(yàn)可通過(guò)現(xiàn)代轉(zhuǎn)基因技術(shù)、基因編輯等手段進(jìn)行關(guān)鍵基因的遺傳操作，進(jìn)而達(dá)到馬鈴薯抗旱性的增強(qiáng)，對(duì)于破解因干旱導(dǎo)致的馬鈴薯種植限制意義重大。

本研究利用高通量測(cè)序技術(shù)對(duì)馬鈴薯在正常水分供應(yīng)、干旱脅迫和復(fù)水條件下葉片的基因表達(dá)進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組分析。與前人研究不同的是，本研究不僅發(fā)現(xiàn)馬鈴薯在應(yīng)對(duì)干旱脅迫時(shí)能通過(guò)大量的轉(zhuǎn)錄調(diào)控以適應(yīng)環(huán)境，而且更注重馬鈴薯在復(fù)水恢復(fù)過(guò)程中基因表達(dá)的變化趨勢(shì)。干旱脅迫下，葉片中下調(diào)表達(dá)的基因占比較多；復(fù)水后，上調(diào)基因占比較多，且復(fù)水后與正常供水處理之間的差異表達(dá)基因減少，基因表達(dá)趨于一致。

脫落酸 （Abisicisic acid，ABA） 是調(diào)節(jié)植物生長(zhǎng)發(fā)育以及生物和非生物脅迫反應(yīng)的關(guān)鍵植物激素［25］，Liu 等［26］研究發(fā)現(xiàn)，馬鈴薯在應(yīng)對(duì)土壤逐步干旱的過(guò)程中，ABA主要通過(guò)調(diào)控氣孔開(kāi)閉和光合水分利用效率進(jìn)而提高抗旱性。Gong等［27］和 Chen等［28］對(duì)馬鈴薯應(yīng)對(duì)干旱脅迫后的轉(zhuǎn)錄組分析表明：干旱脅迫會(huì)誘導(dǎo) ABA 信號(hào)通路上相關(guān)基因的差異表達(dá)。本研究中，在干旱脅迫和復(fù)水后，1個(gè)ABA誘導(dǎo)蛋白TAS14和1個(gè)水分脅迫誘導(dǎo)蛋白" Ci21B的表達(dá)變化最為顯著。已有研究證實(shí)， 在干旱和鹽脅迫下，TAS14過(guò)表達(dá)番茄植株通過(guò)滲透勢(shì)降低和溶質(zhì)積累的滲透耐受機(jī)制增強(qiáng)抗旱和抗鹽性。這種機(jī)制可在干旱實(shí)施后相對(duì)較短的時(shí)間內(nèi)觀察到，并保持一段時(shí)間，以避免干旱和鹽脅迫引起的損害［29］。本研究中馬鈴薯葉片中"" TAS14的變化趨勢(shì)與其基本一致，干旱脅迫下"" TAS14上調(diào)顯著，復(fù)水后下調(diào)明顯，ABA調(diào)控的"" TAS14對(duì)水分虧缺作用顯著，推測(cè)為馬鈴薯適應(yīng)水分變化的關(guān)鍵基因之一。" Ci21B為ABA和水分脅迫誘導(dǎo)的蛋白家族成員之一，根據(jù)序列相似性推斷其基因表達(dá)與水分脅迫誘導(dǎo)有關(guān)，本研究中，" Ci21B基因在水分脅迫后呈明顯上調(diào)，復(fù)水后顯著下調(diào)，推測(cè)其為馬鈴薯水分適應(yīng)的ABA調(diào)控的關(guān)鍵基因之一。

番茄基因組中共有44個(gè)水通道蛋白基因，這些基因可分為TIP、PIP、NIP和SIP 4個(gè)亞家族。液泡膜內(nèi)在蛋白 （Tonoplast Intrinsic Proteins，TIPs） 是一類定位于液泡膜的水通道蛋白，參與調(diào)控植物細(xì)胞的吸水能力［30］。TIPs在轉(zhuǎn)錄水平上對(duì)干旱、鹽脅迫和低溫有反應(yīng)，它涉及水通道蛋白在非生物脅迫下維持水和光合穩(wěn)態(tài)的作用。在本研究中，DELTA-TIP在復(fù)水后上調(diào)趨勢(shì)明顯，與已有研究相符，推測(cè)DELTA-TIP基因大量上調(diào)與馬鈴薯復(fù)水恢復(fù)階段的水分吸收增加有關(guān)。復(fù)水后顯著上調(diào)的基因包括過(guò)氧化物酶（Peroxidase，POD），POD作用于過(guò)氧化氫的去除、有毒還原劑的氧化、木質(zhì)素的生物合成和降解、亞基化、生長(zhǎng)素的分解代謝、對(duì)傷害、病原體攻擊和氧化應(yīng)激等環(huán)境應(yīng)激的響應(yīng)。在干旱脅迫條件下，大豆幼苗葉片中過(guò)氧化物酶活性隨著干旱脅迫時(shí)間延長(zhǎng)都呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)［31］，馬鈴薯POD在復(fù)水后大量上調(diào)表達(dá)可能與干旱脅迫下累積的過(guò)氧化物和有毒次生物質(zhì)的清除有關(guān)。

復(fù)水后相比于正常供水，短時(shí)間內(nèi)與核糖體構(gòu)建和轉(zhuǎn)錄調(diào)控有關(guān)的基因大量上調(diào)表達(dá)，推測(cè)可能與復(fù)水后恢復(fù)過(guò)程中大分子蛋白質(zhì)的合成需求和轉(zhuǎn)錄調(diào)控有關(guān)。

結(jié)合生理與轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)分析碳水化合物轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程，發(fā)現(xiàn)葉片中調(diào)控碳水化合物合成降解的關(guān)鍵基因在不同水分狀況下發(fā)生了適應(yīng)性變化。干旱脅迫下基因表達(dá)調(diào)控與生理指標(biāo)正相關(guān)，加快馬鈴薯葉片碳水化合物積累，阻礙了向塊莖的轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程。復(fù)水后，編碼基因等指標(biāo)表現(xiàn)出一致的變化動(dòng)態(tài)，促使碳水化合物轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程得以恢復(fù)。

綜上所述，在干旱脅迫下，馬鈴薯啟動(dòng)自身響應(yīng)機(jī)制，在分子水平產(chǎn)生適應(yīng)性變化，調(diào)控引起大量基因的表達(dá)變化，以適應(yīng)干旱脅迫；復(fù)水后，與蛋白質(zhì)合成、轉(zhuǎn)錄調(diào)控、吸水能力和有毒物質(zhì)清除有關(guān)的基因大幅上調(diào)表達(dá)，以適應(yīng)馬鈴薯干旱后復(fù)水的快速恢復(fù)以及補(bǔ)償生長(zhǎng)的要求。

參考文獻(xiàn)" Reference：

［1］" 劉圣宣，程云霞，劉騰飛，等.‘鄂馬鈴薯3號(hào)’對(duì)干旱脅迫早期響應(yīng)的轉(zhuǎn)錄組分析［J］.中國(guó)馬鈴薯，2021，35（6）：481-488.

LIU SH X，CHEN Y X，LIU T F，et al.Transcriptome"" analysis of early response of ‘Hubei Potao No.3’ to drought stress ［J］.Chinese Potato Journal，2021，35（6）：481-488.

［2］盧肖平.馬鈴薯主糧化戰(zhàn)略的意義、瓶頸與政策建議［J］.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2015，117（3）：1-7.

LU X P.Strategy of" potato staple food：significance，bottleneck and policy suggestions［J］.Journal of Huazhong Agricultural University（Social Sciences Edition），2015，117（3）：1-7.

［3］李" 揚(yáng)，王" 靖，唐建昭，等.中國(guó)馬鈴薯主產(chǎn)區(qū)生產(chǎn)特點(diǎn)、限制因子和對(duì)策分析［J］.中國(guó)馬鈴薯，2020，34（6）：374-382.

LI Y，WANG J，TANG J ZH，et al.Analysis of production characteristics，rsetrictive factors，and strategies for main potato production areas in China ［J］.Chinese Potato Journal，2020，34（6）：374-382.

［4］秦天元，孫" 超，畢真真，等.基于 WGCNA 的馬鈴薯根系抗旱相關(guān)共表達(dá)模塊鑒定和核心基因發(fā)掘［J］.作物學(xué)報(bào)，2020，46（7）：1033-1051.

QIN T Y，SUN CH，BI ZH ZH，et al.Identification of drought-related co-expression modules and hub genes in potato roots based on WGCNA ［J］.Acta Agronomic Sinica，2020，46（7）：1033-1051.

［5］鞏" 檑，張" 麗，聶峰杰，等.旱脅迫和復(fù)水處理后馬鈴薯轉(zhuǎn)錄因子的轉(zhuǎn)錄組分析［J］.分子植物育種，2015，13（8）：1745-1756.

GONG L，ZHANG L，NIE F J，et al.Transcriptome analysis on transcription factors of potato（Solanum tuberosum） under drought stress and rehydration treatment ［J］.Molecular Plant Breeding，2015，13（8）：1745-1756.

［6］ZANDALINAS S I，MITTLER R，BALFAGON D，et al.Plant adaptations to the combination of drought and high temperatures［J］.Physiologiae Plantarum，2018，162（1）：2-12

［7］AWASTHI R，KAUSHAL N，VADEZ V，et al.Individual and combined effects of transient drought and heat stress on carbon assimilation and seed filling in chickpea［J］.Functional Plant Biology，2014，41（11）：1148-1167

［8］趙麗英，鄧西平，山" 侖.持續(xù)干旱及復(fù)水對(duì)玉米幼苗生理生化指標(biāo)的影響研究［J］.中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2004，12（3）：64-66.

ZHAO L Y，DENG X P，SHAN L.Effects of" progressive drying and rewatering on physiological and biochemical indicators in maize seedlings［J］.Chinese Journal of Eco-Agriculture，2004，12（3）：64-66.

［9］趙麗英，鄧西平，山" 侖.水分虧缺下作物補(bǔ)償效應(yīng)類型及機(jī)制研究概述［J］.應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2004（3）：523-526.

ZHAO L Y，DENG X P，SHAN L.A review on types and mechanisms of compensation effect of crops under water deficit［J］.Chinese Journal of Applied Ecology，2004（3）：523-526.

［10］" REYNOLDS J F，KEMP P R，OGLE K，et al.Modifying the ‘pulse-reserve’ paradigm for deserts of North"" America：precipitation pulses，soil water，and plant responses［J］.Oecologia，2004，141：194-210.

［11］MCDOWELL N G.Mechanisms linking drought，hydraulics，carbon metabolism，and vegetation mortality［J］.Plant Physiology，2011，155，1051-1059.

［12］周雪英.不同倍性小麥對(duì)旱后復(fù)水的生理生態(tài)響應(yīng) ［D］.陜西楊凌：西北農(nóng)林科技大學(xué)，2007.

ZHOU X Y.Physiologicaleffects of post-drought and rewatering on wheat with different ploidy［D］.Yangling Shaanxi：Northwest Aamp;F University，2007.

［13］CHAVES M M，OLIVEIRA M M.Mechanisms underlying plant resilience to water deficits：prospects for water-saving agriculture［J］.Journal of Experimental Botany，2004（407）：2365-2384.

［14］喬煥煥，李紅兵，鄭太波，等.干旱與復(fù)水對(duì)馬鈴薯塊莖膨大期碳氮轉(zhuǎn)運(yùn)的影響［J］.干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2019， 37（4）：154-162.

QIAO H H，LI H B，ZHENG" T B，et al.Effects of drought stress and rehydration on carbon and nitrogen translocation in potato tuber swelling stage ［J］.Agricultural Research in the Arid Areas，2019，37（4）：154-162.

［15］史光珍，高" 鑫，朱新霞.GbCDPK83基因在干旱脅迫下的功能鑒定［J］.西北農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2022，31（4）：1-7.

SHI G ZH，GAO X，ZHU X X.Functional identification of the GbCDPK83 gene under drought stress ［J］.Acta" Agriculturae Boreali-occidentalis Sinica，2022，31（4）：1-7.

［16］ZHANG N，LIU B L，MA C Y，et al.Transcriptome characterization and sequencing-based identification of drought-responsive genes in potato［J］.Molecular Biology Reports，2014，41（1）：505-517.

［17］YANG X H，LIU J，XU J F，et al.Transcriptome profiling reveals effects of drought stress on gene expression in diploid potato genotype P3-198［J］.International Journal of Molecular Sciences，2019，20（4）：852.doi：10.3390/ijms20040852.

［18］ZHANG G，CHEN M，LI L，et al.Overexpression of the soybean Gm"" ERF3" gene，an AP2/ERF type transcription factor for increased tolerances to salt，drought，and diseases in transgenic tobacco［J］.Journal of Experimental Botany，2009，60（13）：3781-3796.

［19］SHIN D，MOON S J，HAN S，et al.Expression of St MYB1R-1，a novel potato single MYB-Like domain transcription factor，increases drought tolerance［J］.Plant Physiology，2011，155（1）：421-432.

［20］REN X，CHEN Z，LIU Y，et al.ABO3，a WRKY transcription factor，mediates plant responses to abscisic acid and drought tolerance in" Arabidopsis［J］.Plant Journal，2010，63（3）：417-429.

［21］ANDERS S，HUBER W.Differential Expression of RNA-Seq" Data at the Gene" Level-the DESeq" Package［M］.Heidelberg，Germany：E uropean Molecular Biology Laboratory（EMBL），2012.

［22］YOUNG M D，WAKEFIELD M J，SMYTH G K，et al.Gene ontology analysis for RNA-seq：accounting for selection bias（GOseq） ［J］.Genome Biology，2010，11（2）：R14-R14.

［23］MAOX CAI T，OLYARCHUK J G，et al.Automated genome annotation and pathway identification using the KEGG Orthology（KO） as a controlled vocabulary ［J］.Bioinformatics，2005，21（19）：3787-93.

［24］馬麗榮.馬鈴薯淀粉代謝相關(guān)基因表達(dá)與淀粉品質(zhì)研究［D］.銀川：寧夏大學(xué)，2015.

MA L R.Gene expression of potato starch metabolism and starch quality ［D］.Yinchuan：Ningxia University，2015.

［25］王娟菲，李海源，秦" 君，等.落葉型大麗輪枝菌脫落酸合成相關(guān)基因功能研究［J］.西北農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2020，29（8）：1261-1269.

WANG J F，LI H Y，QIN J，et al.Functional characterization of ABA biosynthesis genes in defoliating strain of Verticillium dahlia ［J］.Acta" Agriculturae Boreali-occidentalis Sinica， 2020，29（8）：1261-1269.

［26］LIU F，JENSEN C R，SHAHANZARI A，et al.ABA regulated stomatal control and photosynthetic water use efficiency of potato（Solanum tuberosum L.） during progressive soil drying ［J］.Plant Science，2005，168（3）：831-836.

［27］GONG L，ZHANG H，GAN X，et al.Transcriptome profiling of the potato（Solanum tuberosum L.） plant under drought stress and water-stimulus conditions ［J］.PLoS One，2015，10（5）：e0128041.

［28］CHEN Y，LI C，ZHANG B，et al.The role of the late embryogenesis-abundant（LEA） protein family in development and the abiotic stress response：a comprehensive expression analysis of potato（Solanum tuberosum） ［J］.Genes，2019，10（2）：148.

［29］MUNOZ-MAYOR A，PINEDA B，GARCIA-ABELLAN J，et al.Overexpression of dehydrin"" TAS14" gene improves the osmotic stress imposed by drought and salinity in tomato ［J］.Journal of Plant Physiology，2012，169（5）：459-468.

［30］李" 菲，何小紅，李育柯，等.番茄水通道蛋白基因家族的生物信息學(xué)分析［J］.基因組學(xué)與應(yīng)用生物學(xué)，2018，" 37（9）：3950-3957.DOI：10.13417/j.gab.037.003950.

LI F，HE X H，LI Y K，et al.Bioinformatic analysis of tomato aquaporin gene family ［J］.Genomics and Applied Biology，2018，37（9）：3950-3957.DOI：10.13417/j.gab.037.003950.

［31］李博書(shū)，秦昕宇，董文濤，等.干旱脅迫對(duì)大豆幼苗過(guò)氧化物酶和過(guò)氧化氫酶活性的影響［J］.新農(nóng)業(yè)，2020（19）：" 8-9.

LI B SH，QIN X Y，DONG W T，et al.Effects of drought stress on peroxidase and catalase activities in soybean seedlings ［J］.New Agriculture，2020（19）：8-9.

Transcriptome Analysis of Leaf Response to Drought and Rehydration" in Potato Tuber" during Bulking Stage

ZHENG" Taibo1，ZHANG Yining2，LI Hongbing3，QIAO Huanhuan4，

ZHANG Suiqi3 and DENG Xiping3

（1.Yan’an Institute of Agricultural Sciences，Yan’an" Shaanxi" 716000，China; 2.College of Agronomy，Northwest Aamp;F

University，Yangling" Shaanxi" 712100，China;3.State Key Laboratory of Soil Erosion and Dryland Farming on the

Loess Plateau，Institute of Soil and Water Conservation，Northwest Aamp;F University，Yangling Shaanxi" 712100，

China;4.College of Life Sciences，Northwest Aamp;F University，Yangling Shaanxi" 712100，China）

Abstract" This study using the tissue cultured plantlets of potato variety ‘Jizhangshu No 8’"" provided by Yulin Institute of Agricultural Sciences as the test material，drought and rehydration were imposed during the tuber expansion stage，which is the potato moisture sensitive period，and RNA-seq was employed to analyze gene expression profiles under drought stress and water stimulation，and q-RT-PCR was used to validate the reliability of RNA-seq data. The results showed that the expression levels of 16 randomly screened genes were highly consistent with the transcriptome data，further verifying the reliability of the transcriptome data. At the molecular level，water stress greatly regulated gene expression in potato leaves，genes related to ABA and environmental stress and membrane lipid metabolism were significantly upregulated and recovered quickly after rehydration. By KEGG enrichment"" analysis，leaf differential expression genes under water stress were mainly enriched in the secondary metabolic biosynthesis pathway，phytohormone signaling transduction，and starch and sucrose metabolism pathway. After rehydration，genes related to protein synthesis，transcription regulation，water absorption capacity adjustment，and toxic substance scavenging were greatly upregulated，which accommodated the rapid recovery of potato under rehydration after drought and the requirements of compensating for growth. The results of this experiment can provide gene resources for the improvement of drought resistance varieties，and provide a theoretical basis for further revealing the mechanism of potato drought resistance.

Key words" Potato; Water stress; Rehydration after drought; RNA-seq; Molecular mechanism

Received ""2022-05-12""" Returned" 2022-06-19

Foundation item" The" National Natural Science Fundation" of China（No.52079132）；National Science and Technology Support Program of the “12th 5-year-plan” of China （No.2015BAD22B01） ；the Science and Technology Innovation Project of Northwest A amp; F University （No.Z109021304）.

First author" ZHENG" Taibo，male，senior agronomist.Research area：the high-yield and high-efficiency cultivation and variety breeding of tuber crops. E-mail： 1163687020@qq.com

Corresponding"" author" LI Hongbing，male，Ph.D，associate research fellow.Research area： physiological and molecular mechanism of crop stress resistance. E-mail： lhb_7381@nwafu.edu.cn

（責(zé)任編輯：顧玉蘭" Responsible editor：GU Yulan）