本文由Qiong Li、Jibin Wang、Qian Liu、Junhan Zhang、Xinlei Zhu、Yinpeng Hua、Ting Zhou和Songxian Yan等人合作完成，发表在2024年的《BMC Plant Biology》期刊上。研究的主要机构包括茅台学院酿造工程系、资源与环境系，以及郑州大学生命科学学院和农业科学学院。该研究旨在揭示高粱（Sorghum bicolor）在干旱和盐胁迫下的分子机制，特别是转录因子（Transcription Factors, TFs）和微小RNA（miRNAs）在调控这些胁迫响应中的作用。
干旱和盐胁迫是全球农业生产面临的主要挑战，严重影响了作物的生长和产量。高粱作为一种耐旱、耐盐的作物，具有较高的水分利用效率和C4光合作用特性，因此成为研究植物抗逆性的理想模型。转录因子（TFs）在植物生长、发育和逆境响应中起着关键作用，它们通过与基因启动子区域的顺式作用元件结合，调控基因的转录。然而，高粱在干旱和盐胁迫下的分子调控机制，特别是miRNAs与靶基因的调控模块，尚未得到系统研究。
研究分为多个步骤，首先对高粱、拟南芥（Arabidopsis thaliana）和水稻（Oryza sativa）中的转录因子进行了系统鉴定，并比较了它们的保守结构域和基因数量。通过共线性分析，研究发现高粱和水稻的转录因子扩增可能是由于全基因组复制事件。接着，研究通过mRNA、小RNA和降解组测序技术，分析了高粱在干旱和盐胁迫下的基因表达谱，鉴定了与胁迫响应相关的差异表达基因（Differentially Expressed Genes, DEGs）和miRNAs。
在干旱胁迫实验中，研究分析了两种抗旱高粱基因型（BTx623和SC56）和两种敏感基因型（Tx-7000和PI-482662）在聚乙二醇（PEG）处理1小时和6小时后的基因表达变化。通过加权基因共表达网络分析（Weighted Gene Co-expression Network Analysis, WGCNA），研究进一步鉴定了与干旱胁迫相关的核心基因模块和枢纽基因。类似的方法也被用于分析盐胁迫下的基因表达变化，特别是与钠离子（Na+）、钾离子（K+）和氯离子（Cl-）相关的基因模块。
研究发现，高粱、拟南芥和水稻中的转录因子数量分别为1859、1717和1862个。通过共线性分析，研究鉴定了高粱与拟南芥和高粱与水稻之间的转录因子对，并计算了它们的非同义替换与同义替换比率（Ka/Ks）。结果表明，高粱转录因子的扩增可能源于全基因组复制事件。
在干旱胁迫下，研究鉴定了47个在抗旱和敏感基因型中共同差异表达的基因，其中3个是转录因子。通过miRNA和降解组测序，研究进一步鉴定了与干旱响应相关的miRNAs及其靶基因。例如，miR5072及其靶基因（Sobic.001G449600）在高粱抗旱性中可能发挥重要作用。通过WGCNA分析，研究还鉴定了与干旱胁迫相关的6个枢纽基因，其中包括一个ERF转录因子（Sobic.003G324500）。
在盐胁迫下，研究鉴定了214个在根、叶鞘和叶片中共同差异表达的基因，其中23个是转录因子。通过miRNA和降解组测序，研究进一步鉴定了与盐胁迫响应相关的miRNAs及其靶基因。例如，miR156b、miR156g、miR408、miR398和miR164c在盐胁迫下表达下调，而其靶基因则普遍上调。通过WGCNA分析，研究还鉴定了与盐胁迫相关的14个枢纽基因，其中包括一个LBD转录因子（Sobic.003G052900）。
研究系统地鉴定了高粱中的转录因子，并分析了它们在干旱和盐胁迫下的表达模式。通过整合mRNA、小RNA和降解组测序数据，研究揭示了高粱在干旱和盐胁迫下的分子调控网络。研究还鉴定了15个与干旱和盐胁迫共同响应的候选基因，特别是两个转录因子（HD-ZIP和bZIP），它们可能在高粱的抗逆性中发挥关键作用。这些发现为培育抗旱和耐盐高粱品种提供了重要的遗传资源。
该研究不仅为理解高粱在干旱和盐胁迫下的分子机制提供了新的见解，还为培育抗旱和耐盐作物品种提供了重要的遗传资源。通过揭示转录因子和miRNAs在胁迫响应中的调控作用，研究为未来的作物改良和抗逆育种提供了理论基础和实践指导。