基于转录组分析的低铁胁迫下Bt棉苗杀虫蛋白表达量下降机制

作     者：王永慧 贺江 张向向 娄向弟 高进 孙艳茹 曹婷 施洋 

作者机构：江苏沿海地区农业科学研究所/农业农村部沿海盐碱地农业科学观测试验站 

出 版 物：《作物学报》 (Acta Agronomica Sinica)

年 卷 期：2024年

核心收录：

学科分类：09[农学] 0901[农学-作物学] 

基　　金：国家自然科学基金项目(31501267) 江苏省农业科技自主创新资金项目[CX(20)2065]资助 

主　　题：Bt棉 杀虫蛋白 低铁胁迫 转录组 

摘      要：研究低铁对Bt棉杀虫蛋白含量的影响及其生理和分子机制，可为Bt棉抗虫性安全表达提供理论参考。本文以转基因抗虫棉品种中棉50为试验材料，设置正常铁(CK， 20 μmol L-1)和低铁(LI， 0.1 μmol L-1) 2个铁水平处理，采用水培法研究了低铁胁迫下Bt棉苗期Bt杀虫蛋白含量变化及氮代谢生理特征，通过转录组测序挖掘差异表达基因及其相关代谢途径，并采用qRT-PCR方法对测序结果进行验证。结果表明，与对照处理相比，低铁胁迫下Bt棉根和叶片中杀虫蛋白含量显著下降，且根中杀虫蛋白含量下降幅度更大。低铁胁迫降低了叶片中NH4+-N和NO3--N含量，降低根和叶片中可溶性蛋白含量和全氮含量。根和叶片中硝酸还原酶、亚硝酸还原酶和谷氨酸合成酶活性的变化趋势与Bt杀虫蛋白含量表现一致。转录组结果表明，根和叶片中分别鉴定出11，661个和8972个差异表达基因，其中有1652个差异表达基因在根和叶片中均下调表达。GO注释表明，低铁处理根和叶片中差异基因的功能都主要富集于刺激反应、细胞壁、质膜、结合、氧化还原活性等。KEGG富集分析显示，苯丙烷类物质生物合成、苯丙氨酸代谢、半胱氨酸和蛋氨酸代谢、激素信号转导、玉米素生物合成、氮代谢、淀粉和蔗糖代谢、丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢和酪氨酸代谢等途径在根和叶片中均发生显著变化。低铁胁迫下与氮素还原、同化途径相关的NR、NiR1和GLT1基因表达显著下调。以上结果表明，低铁胁迫会抑制Bt棉氮代谢相关基因的转录水平，减弱氮代谢的生理活性，抑制Bt杀虫蛋白的合成。