基于空间转录组技术解析大豆种胚对X射线辐射的响应机制

　　 摘要： 辐射诱变育种在大豆品种改良中被广泛使用，但辐射诱变的分子机制尚未完全阐明

　　

摘要：

辐射诱变育种在大豆品种改良中被广泛使用，但辐射诱变的分子机制尚未完全阐明。空间转录组学作为近几年在各个生物研究领域中的热门技术，能够解析基因表达的空间异质性，然而其在辐射诱变大豆种胚研究中的应用尚未见报道。本研究利用空间转录组技术分析X射线辐射处理的大豆种胚基因表达特征及其空间调控模式。结果显示，未处理和辐射处理的大豆种胚共划分为13个细胞簇(Cluster)，并成功构建了其空间转录组图谱。差异表达分析鉴定出各细胞簇中的关键功能基因，包括参与DNA的合成和修复的GmW82.19G089600和GmW82.16G057600，响应非生物胁迫的GmW82.06G256600和GmW82.10G206900，以及参与茎的发育、结构维持、抗逆性及代谢调控的GmW82.13G274300。这些基因的空间表达分析表明，参与DNA的合成和修复以及非生物胁迫响应的基因在辐射处理的大豆种胚中高表达，参与茎的发育、结构维持、抗逆性及代谢调控的基因在未处理和辐射处理大豆种胚的上胚轴处均高表达，说明该基因可能在维持茎组织基本结构和功能中发挥重要作用。GO和KEGG富集分析进一步揭示，差异基因显著富集于细胞应激响应、DNA转录调控、氧化应激反应及谷胱甘肽代谢等通路，这些通路在植物逆境适应和胁迫耐受中具有关键作用。本研究通过空间转录组技术揭示了大豆种胚在辐射胁迫下的基因表达变化及其空间分布特征，识别出多个与DNA修复和胁迫响应相关的关键基因，反映了辐射对种胚细胞功能状态的影响，为理解辐射诱变过程中基因表达调控机制提供了基础数据支持。