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水稻产量高低、稳产程度对保障国家粮食安全具有重大战略意义。水稻生长受品种、氮肥、CO2浓度及辐照等多种因素的影响。以往氮肥、CO2浓度及γ辐照等因素对水稻的影响做了不少研究，但在转录表达层面上这些因素对籼粳亚种影响的分子机制仍不清楚。本研究以不同籼粳亚种水稻为试验材料，系统分析籼粳亚种水稻苗期在不同氮肥水平、CO2浓度及γ辐照下水稻植株形态特征、生理变化等方面的响应及其差异，通过转录组学、加权基因共表达网络分析(WGCNA)等方法，揭示籼粳亚种水稻对氮肥、CO2浓度及Y辐照响应的差异表达基因(DEGs)和关键Hub基因以及相应的分子调控网络特征，了解其作用机制，为促进籼粳水稻栽培的绿色可持续发展提供理论支撑。主要研究结果如下:
1、氮肥调控籼粳水稻分蘖差异的转录表达研究
氮肥的施入量要考虑籼粳亚种的区别。氮肥对不同品种的分蘖数有不同的影响，其中粳稻日本晴较籼稻扬稻6号对氮素的富集更为敏感。分蘖数与叶、茎和根器官中的氮含量呈显著正相关，而与可溶性糖含量呈显著负相关。
转录组分析表明品种间的DEGs有463个，受氮水平影响的DEGs在日本晴和扬稻6号中分别有15和4个。GO和KEGG功能分析显示多数DEGs参与一般的应激反应与激素信号响应等过程。籼粳亚种水稻在代谢通路具有类型上的差异，各自特有的途径参与这一过程。
分蘖相关基因更多受品种效应的影响，其次是氮水平的影响。本研究中有36个分蘖相关基因正常表达，其中有27个基因受品种显著影响，19个基因受氮肥水平显著影响，3个基因具有显著的氮肥与品种间的互作效应。
绝大部分氮代谢及转运相关基因参与对品种及氮水平的响应。本研究中有178个氮代谢及转运相关基因正常表达，97个基因在品种效应间存在显著差异，69个基因对氮肥响应差异显著，28个基因具有显著的品种与氮肥的互作效应。
WGCNA网络确定了7个与表型性状紧密相关的特定模块及其关键Hub基因。Hub基因在籼粳亚种水稻间具有不同的上调或下调模式。与分蘖和氮含量显著相关的模块位于Blue、Green等共表达模块。
2、CO2浓度升高影响粳稻日本晴分蘖的转录表达研究
CO2浓度升高促进水稻分蘖数。高CO2浓度可以促进水稻分蘖，但分蘖并不随供氮水平的提高而一直增加，其中在N10水平下分蘖数最高。分蘖数与叶器官中可溶性糖、淀粉及氮含量显著正相关。叶相比茎尖分生器官对CO2浓度的变化响应更加剧烈。
转录组分析表明不同器官间的DEGs有11221个，不同氮水平下的DEGs有197个，不同CO2浓度下的DEGs有5个。GO和KEGG功能分析显示多数DEGs参与植株体内光合作用及酶学调控过程。
分蘖相关基因更多地受器官差异的影响，其次是CO2浓度，最后为氮水平。本研究中有35个水稻分蘖相关基因正常表达，其中20个基因对CO2浓度响应显著，16个基因对氮水平响应显著，34个基因对器官响应显著。
绝大部分碳氮代谢转运相关基因参与对CO2浓度、氮水平及器官的响应。对于碳代谢相关基因，本研究中有489个基因正常表达，其中239个基因对CO2浓度响应显著，302个基因对氮肥响应显著，453个基因具有显著的器官响应。对于氮代谢相关基因，本研究中有193个氮代谢转运相关基因正常表达，其中96个基因对CO2浓度响应显著，114个基因对氮肥响应显著，166个基因具有显著的器官响应。
WGCNA网络确定了8个与表型性状紧密相关的模块及其关键Hub基因，其中Blue、Green和Yellow共表达网络模块与可溶性糖及淀粉等碳水化合物含量极显著相关。
3、γ辐照影响籼粳水稻出苗差异的转录表达研究
辐照可抑制籼粳水稻根芽器官的生长。粳稻对辐照剂量的响应较籼稻更敏感，籼稻的幼苗成活率高于粳稻。相比较于根器官，辐照在茎中可引起更广泛的DNA损伤，并且粳稻中根茎器官的损伤程度高于籼稻。
转录组分析表明辐照效应中有561个DEGs，品种效应中有2691个DEGs，器官效应中有3673个DEGs。GO和KEGG功能分析表明多数DEGs与细胞DNA损伤及修复等代谢途径密切相关。其中辐照效应中DEGs的功能主要涉及细胞色素P450蛋白、GLTP蛋白、螺旋一环．螺旋DNA结合蛋白、ABA受体、过氧化物酶前体和脱氢酶等重要调控途径。
WGCNA确定了9个与表型性状显著相关的共表达网络模块及其关键Hub基因，Hub基因在籼粳水稻间具有不同的上调或下调表达模式。这些Hub基因主要包括转录因子、过氧化物酶、氨基转移酶、过氧化物酶前体及DNA结合蛋白等类型．在细胞信号转导过程中发挥重要作用。
本研究剖析了籼粳亚种水稻在苗期分蘖等重要农艺性状响应栽培环境因子的差异及相关关键代谢途径，挖掘出性状．模块调控网络中的关键Hub基因，对于深入理解基因与氮肥、CO2浓度及γ辐照间的分子机理增加新的认知，同时为籼粳水稻品种在不同环境条件下的栽培模式选择与调整提供理论参考依据。
1、氮肥调控籼粳水稻分蘖差异的转录表达研究
氮肥的施入量要考虑籼粳亚种的区别。氮肥对不同品种的分蘖数有不同的影响，其中粳稻日本晴较籼稻扬稻6号对氮素的富集更为敏感。分蘖数与叶、茎和根器官中的氮含量呈显著正相关，而与可溶性糖含量呈显著负相关。
转录组分析表明品种间的DEGs有463个，受氮水平影响的DEGs在日本晴和扬稻6号中分别有15和4个。GO和KEGG功能分析显示多数DEGs参与一般的应激反应与激素信号响应等过程。籼粳亚种水稻在代谢通路具有类型上的差异，各自特有的途径参与这一过程。
分蘖相关基因更多受品种效应的影响，其次是氮水平的影响。本研究中有36个分蘖相关基因正常表达，其中有27个基因受品种显著影响，19个基因受氮肥水平显著影响，3个基因具有显著的氮肥与品种间的互作效应。
绝大部分氮代谢及转运相关基因参与对品种及氮水平的响应。本研究中有178个氮代谢及转运相关基因正常表达，97个基因在品种效应间存在显著差异，69个基因对氮肥响应差异显著，28个基因具有显著的品种与氮肥的互作效应。
WGCNA网络确定了7个与表型性状紧密相关的特定模块及其关键Hub基因。Hub基因在籼粳亚种水稻间具有不同的上调或下调模式。与分蘖和氮含量显著相关的模块位于Blue、Green等共表达模块。
2、CO2浓度升高影响粳稻日本晴分蘖的转录表达研究
CO2浓度升高促进水稻分蘖数。高CO2浓度可以促进水稻分蘖，但分蘖并不随供氮水平的提高而一直增加，其中在N10水平下分蘖数最高。分蘖数与叶器官中可溶性糖、淀粉及氮含量显著正相关。叶相比茎尖分生器官对CO2浓度的变化响应更加剧烈。
转录组分析表明不同器官间的DEGs有11221个，不同氮水平下的DEGs有197个，不同CO2浓度下的DEGs有5个。GO和KEGG功能分析显示多数DEGs参与植株体内光合作用及酶学调控过程。
分蘖相关基因更多地受器官差异的影响，其次是CO2浓度，最后为氮水平。本研究中有35个水稻分蘖相关基因正常表达，其中20个基因对CO2浓度响应显著，16个基因对氮水平响应显著，34个基因对器官响应显著。
绝大部分碳氮代谢转运相关基因参与对CO2浓度、氮水平及器官的响应。对于碳代谢相关基因，本研究中有489个基因正常表达，其中239个基因对CO2浓度响应显著，302个基因对氮肥响应显著，453个基因具有显著的器官响应。对于氮代谢相关基因，本研究中有193个氮代谢转运相关基因正常表达，其中96个基因对CO2浓度响应显著，114个基因对氮肥响应显著，166个基因具有显著的器官响应。
WGCNA网络确定了8个与表型性状紧密相关的模块及其关键Hub基因，其中Blue、Green和Yellow共表达网络模块与可溶性糖及淀粉等碳水化合物含量极显著相关。
3、γ辐照影响籼粳水稻出苗差异的转录表达研究
辐照可抑制籼粳水稻根芽器官的生长。粳稻对辐照剂量的响应较籼稻更敏感，籼稻的幼苗成活率高于粳稻。相比较于根器官，辐照在茎中可引起更广泛的DNA损伤，并且粳稻中根茎器官的损伤程度高于籼稻。
转录组分析表明辐照效应中有561个DEGs，品种效应中有2691个DEGs，器官效应中有3673个DEGs。GO和KEGG功能分析表明多数DEGs与细胞DNA损伤及修复等代谢途径密切相关。其中辐照效应中DEGs的功能主要涉及细胞色素P450蛋白、GLTP蛋白、螺旋一环．螺旋DNA结合蛋白、ABA受体、过氧化物酶前体和脱氢酶等重要调控途径。
WGCNA确定了9个与表型性状显著相关的共表达网络模块及其关键Hub基因，Hub基因在籼粳水稻间具有不同的上调或下调表达模式。这些Hub基因主要包括转录因子、过氧化物酶、氨基转移酶、过氧化物酶前体及DNA结合蛋白等类型．在细胞信号转导过程中发挥重要作用。
本研究剖析了籼粳亚种水稻在苗期分蘖等重要农艺性状响应栽培环境因子的差异及相关关键代谢途径，挖掘出性状．模块调控网络中的关键Hub基因，对于深入理解基因与氮肥、CO2浓度及γ辐照间的分子机理增加新的认知，同时为籼粳水稻品种在不同环境条件下的栽培模式选择与调整提供理论参考依据。