挖掘风土效应葡萄对土壤变化的转录反应

葡萄树是一种全球重要的水果作物，由于基因型与环境的相互作用(称为风土的概念)而表现出显着的表型可塑性(PP)。这种适应性影响植物的生理、分子和生化方面。

而土及其特性被认为对浆果成分有影响，但对控制这些相互作用的分子决定因素的了解有限。最近的研究深入研究了葡萄树的转录可塑性，识别了“风土特征”以及基因表达和代谢物积累之间的相关性。然而，实地研究中涉及的无数变量带来了挑战。为了获得更清晰的见解，迫切需要隔离影响风土的因素并了解它们与葡萄藤的相互作用。

2023年3月，园艺研究发表了一篇题为“解剖土壤对两个意大利葡萄品种(VitisviniferaL.)植物物候和浆果转录可塑性的影响”的研究论文。”。

在这项研究中，研究人员调查了不同土壤对葡萄品种发育的影响。Glera和Corvina葡萄品种，两年生的植物被移植到充满威尼托三个葡萄酒产区(Fumane(F)、VittorioVeneto(VV)和Legnaro(L))土壤的混凝土沉箱中。2017年和2018年对这些植物的物候进行了密切监测。

研究结果表明，两个品种在整个生长季节都有相似的物候发育，除了在芽发育早期阶段，Glera比Corvina早大约一周发芽。天气条件，特别是温度和降雨量，在植物物候中发挥着重要作用。

至于生理参数，在不同土壤中生长的植物观察到差异。在分子机制方面，进行了mRNA-seq分析，揭示了针对不同土壤的转录可塑性。与Corvina相比，Glera显示出更具可塑性的转录反应。然而，Corvina的反应更侧重于次级代谢的特定途径。

该研究采用三步数据挖掘策略来寻找RNAseq数据集中变量之间最重要的联系，重点关注阶段、品种、组织和土壤(及其相互作用)如何影响基因表达。

首先筛选了葡萄基因组的30,661个基因，其中22,503个基因因图谱不充分而被丢弃，然后对剩余的8,158个基因进行k均值聚类，最终将其减少到102个聚类。这些簇代表在不同实验条件下具有相似表达模式的基因，覆盖了总基因表达方差的大约80%。

然后在第三步中使用梯度增强机(GBM)来确定阶段、品种、组织和土壤等变量对基因表达模式的影响。通过使用变量重要性测量(VIM)，该研究成功描述了基因簇与实验条件之间的关联。

此外，研究还利用主成分分析(PCA)辨别了变量与36个实验条件之间的关联。结果表明，阶段、品种和组织是影响基因表达的重要因素。当深入研究转录水平时，发现土壤在GxS相互作用中发挥着至关重要的作用。

对约占总方差70%的前30个聚类的分析揭示了受土壤影响的功能类别。此外，与Glera相比，某些基因在Corvina品种中表现出更高的表达。此外，对这些受土壤影响的基因的启动子序列的检查确定了转录因子VvMYB03靶向的特定基序。

该研究强调了土壤与其他变量之间相互作用所产生的转录可塑性。值得注意的是，物候阶段和土壤成分之间的相互作用对浆果转录组可塑性有显着影响。其他相互作用，例如土壤和组织变量之间的相互作用，与光合作用和叶绿素代谢等过程有关。

总之，这项研究阐明了各种因素对葡萄基因表达的微妙相互作用，其中土壤成为GxS相互作用中的关键变量。这些见解为优化农业实践铺平了道路，使有针对性的种植能够根据土壤和品种组合增强所需的特性，从而改善葡萄园管理并最大限度地发挥风土效应。