不同秋眠级紫花苜蓿响应低温胁迫的转录组学分析

doi:10.11733/j.issn.1007-0435.2025.04.005

草地学报 ?? 2025, Vol. 33 ?? Issue (4): 1048-1057.DOI: 10.11733/j.issn.1007-0435.2025.04.005

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不同秋眠级紫花苜蓿响应低温胁迫的转录组学分析

张子培^1,2, 高雅琪^1,2, 赵庆翠^1,2, 向琰^1,2, 柴嘉龙^1,2, 丁一杰^1,2, 徐洪雨^1,2

1. 山西农业大学, 草业学院, 山西太谷 030801;
2. 农业农村部饲草高效生产模式创新重点实验室, 山西太谷 030801

收稿日期:2025-08-04 修回日期:2025-08-04 发布日期:2025-08-04
通讯作者: 徐洪雨,E-mail:xuhongyu@sxau.edu.cn
作者简介:张子培（2001-），男，汉族，山西晋城人，硕士研究生，主要从事植物抗逆生理响应研究，E-mail：zzp160488065@163.com
基金资助:
国家自然科学基金青年项目（32101450）；山西农业大学科技创新基金项目（2020BQ64）；山西省优秀博士来晋工作奖励资金科研项目（SXBYKY2021017）资助

Transcriptomic Analysis of Different Fall Dormancy Levels of Alfalfa in Response to Low Temperature Stress

ZHANG Zi-pei^1,2, GAO Ya-qi^1,2, ZHAO Qing-cui^1,2, XIANG Yan^1,2, CHAI Jia-long^1,2, DING Yi-jie^1,2, XU Hong-yu^1,2

1. College of Grassland Science, Shanxi Agricultural University, Taigu, Shanxi Province 030801, China;
2. Key Laboratory of Model Innovation in Efficient Forage Production, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Taigu, Shanxi Province 030801, China

Received:2025-08-04 Revised:2025-08-04 Published:2025-08-04

摘要/Abstract

摘要： 骤然降温和极端低温等低温胁迫影响紫花苜蓿（Medicago sativa L.）的种植和生产，严重影响着我国饲草产业的健康发展。本研究选择‘新疆大叶’和‘肇东’两种秋眠性不同的紫花苜蓿进行24 h和192 h时长的低温处理，通过转录组测序技术筛选冷响应基因。经过192 h的低温处理，秋眠型的‘肇东’在192 h时抗寒性显著高于半秋眠型‘新疆大叶’。通过0 h和24 h两个时间点的转录组测序分析，进一步筛选出13个与抗寒性相关的差异表达基因。经过qRT-PCR荧光定量验证后，有7个基因的表达趋势与转录组数据一致，分别为两品种紫花苜蓿中表达趋势相反的2个基因和在两品种紫花苜蓿中表达趋势相同的5个基因。此外，对所有差异表达基因进行京都基因和基因组百科全书（Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes，KEGG）通路富集分析，找出淀粉和蔗糖代谢、撕裂原活化蛋白激酶（Mitogen-Activated Protein Kinase，MAPK）信号途径和半乳糖代谢等11条与抗寒相关的代谢通路。本研究筛选到的差异基因和代谢通路，将为后续紫花苜蓿抗寒机制及抗寒分子育种的研究提供参考。

关键词: 紫花苜蓿, 低温, 耐寒性, 基因响应, 代谢响应

Abstract: The cultivation and production of Medicago sativa L. are affected by abrupt cold and extreme low temperature， which seriously affect the healthy development of forage industry in China. In this study， two cultivars of alfalfa with different fall dormancy， ‘Xinjiang Daye’ and ‘Zhaodong’， were treated with low temperature for 24 h and 192 h， and cold response genes were screened by transcriptome sequencing technology. After 192 h of low temperature treatment， the cold resistance of ‘Zhaodong’ was significantly higher than that of ‘Xinjiang Daye’ at 192 h. Through transcriptome sequencing analysis at 0 h and 24 h， 13 differentially expressed genes related to cold resistance were further screened. After qRT-PCR fluorescence quantification was verified， 7 genes with expression patterns consistent with the transcriptome data were identified： 2 genes with opposite expression trends in the two varieties of alfalfa， and 5 genes with the same expression trend in the two varieties of alfalfa.In addition， KEGG pathway enrichment analysis was performed on all differentially expressed genes， and 11 metabolic pathways related to cold resistance including starch and sucrose metabolism， MAPK signaling pathway and galactose metabolism were identified. The differential genes and metabolic pathways screened in this study would provide references for subsequent studies on cold resistance mechanism and molecular breeding of alfalfa.

Key words: Alfalfa, Low temperature, Cold hardiness, Gene response, Metabolism response

中图分类号:

S541.9

张子培, 高雅琪, 赵庆翠, 向琰, 柴嘉龙, 丁一杰, 徐洪雨. 不同秋眠级紫花苜蓿响应低温胁迫的转录组学分析[J]. 草地学报, 2025, 33(4): 1048-1057.

ZHANG Zi-pei, GAO Ya-qi, ZHAO Qing-cui, XIANG Yan, CHAI Jia-long, DING Yi-jie, XU Hong-yu. Transcriptomic Analysis of Different Fall Dormancy Levels of Alfalfa in Response to Low Temperature Stress[J]. Acta Agrestia Sinica, 2025, 33(4): 1048-1057.

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参考文献

[1] ZHANG T X，CHEN X H，YAN W，et al. Comparative analysis of chloroplast pan-genomes and transcriptomics reveals cold adaptation in Medicago sativa[J]. International Journal of Molecular Sciences，2024，25（3）：1776
[2] 王运涛，孟德斌，于林清，等. 8个紫花苜蓿材料在呼和浩特地区的抗寒性和生产性能比较[J]. 中国草地学报，2022，44（6）：60-66
[3] 晓金. 2022年全国十大自然灾害综述[J]. 生命与灾害，2023（1）：20-23
[4] 徐洪雨，甄莉丽，李钰莹，等.低温干旱环境对紫花苜蓿根颈耐寒性的影响[J]. 草地学报，2021，29（4）：724-733
[5] 刘南江，李群，马玉玲.2016年一季度全国自然灾害灾情分析[J]. 中国减灾，2016（9）：60-63
[6] ZHOU Q，LUO D，CHAI X T，et al. Multiple regulatory networks are activated during cold stress in Medicago sativa L[J]. International Journal of Molecular Sciences，2018，19（10）：3169
[7] ŽALTAUSKAITĖ J，MEIŠTININKAS R，DIKŠAITYTĖ A，et al. Heavy fuel oil-contaminated soil remediation by individual and bioaugmentation-assisted phytoremediation with Medicago sativa and with cold plasma-treated M. sativa[J]. Environmental Science and Pollution Research International，2024，31（20）：30026-30038
[8] YU S H，WU J X，SUN Y M，et al. A calmodulin-like protein （CML10） interacts with cytosolic enzymes GSTU8 and FBA6 to regulate cold tolerance[J]. Plant Physiology，2022，190（2）：1321-1333
[9] MA Y Y，ZHANG Y L，LU J，et al. Roles of plant soluble sugars and their responses to plant cold stress[J]. African Journal of Biotechnology，2009，8（10）：2004-2010
[10] KIDOKORO S，SHINOZAKI K，YAMAGUCHI-SHINOZAKI K. Transcriptional regulatory network of plant cold-stress responses[J]. Trends in Plant Science，2022，27（9）：922-935
[11] THOMASHOW M F. PLANT COLD ACCLIMATION freezing tolerance genes and regulatory mechanisms[J]. Annual Review of Plant Physiology and Plant Molecular Biology，1999，50：571-599
[12] JIN X Y，YIN X F，NDAYAMBAZA B，et al. Genome-wide identification and expression profiling of the ERF gene family in Medicago sativa L. under various abiotic stresses[J]. DNA and Cell Biology，2019，38（10）：1056-1068
[13] XU A J，YANG J Q，WANG S Q，et al. Characterization and expression profiles of WUSCHEL-related homeobox （WOX） gene family in cultivated alfalfa （Medicago sativa L.） [J]. BMC Plant Biology，2023，23（1）：471
[14] ZHAO W D，SONG J Y，WANG M J，et al. Alfalfa MsATG13 confers cold stress tolerance to plants by promoting autophagy[J]. International Journal of Molecular Sciences，2023，24（15）：12033
[15] SHI H F，HE S J，HE X Y，et al. An eukaryotic elongation factor 2 from Medicago falcata （MfEF2） confers cold tolerance[J]. BMC Plant Biology，2019，19（1）：218
[16] GENG B H，WANG Q，HUANG R S，et al. A novel LRR-RLK （CTLK） confers cold tolerance through regulation on the C-repeat-binding factor pathway， antioxidants， and proline accumulation[J]. The Plant Journal，2021，108（6）：1679-1689
[17] LIU Z Y，BAOYIN T，LI X L，et al. How fall dormancy benefits alfalfa winter-survival？ Physiologic and transcriptomic analyses of dormancy process[J]. BMC Plant Biology，2019，19（1）：205
[18] 卢欣石，王铁梅.中国苜蓿92个地方品种资源秋眠性评定[C]//中国草学会，中国畜牧业协会.第二届中国苜蓿发展大会论文集——S02苜蓿基础研究.北京林业大学资源和环境学院，2003：7-12
[19] 徐洪雨，李钰莹.基于KEGG通路分析紫花苜蓿的冷适应过程[J]. 草地学报，2022，30（7）：1721-1730
[20] XU H Y，TONG Z Y，HE F，et al. Response of alfalfa （Medicago sativa L.） to abrupt chilling as reflected by changes in freezing tolerance and soluble sugars[J]. Agronomy，2020，10（2）：255
[21] 徐洪雨. 水分亏缺和骤然降温对紫花苜蓿抗寒性的影响机理[D]. 北京：中国农业科学院，2020：6-16
[22] ZHOU Y L，WANG B S，YUAN F. The role of transmembrane proteins in plant growth，development，and stress responses[J]. International Journal of Molecular Sciences，2022，23（21）：13627
[23] ZOU Z，YANG L F，GONG J，et al. Genome-wide identification of Jatropha curcas aquaporin genes and the comparative analysis provides insights into the gene family expansion and evolution in Hevea brasiliensis[J]. Frontiers in Plant Science，2016，7：395
[24] GRANT T D，SNELL E H，LUFT J R，et al. Structural conservation of an ancient tRNA sensor in eukaryotic glutaminyl-tRNA synthetase[J]. Nucleic Acids Research，2012，40（8）：3723-3731
[25] KWON N H，FOX P L，KIM S. Aminoacyl-tRNA synthetases as therapeutic targets[J]. Nature Reviews Drug Discovery，2019，18（8）：629-650
[26] RATH V L，SILVIAN L F，BEIJER B，et al. How glutaminyl-tRNA synthetase selects glutamine[J]. Structure，1998，6（4）：439-449
[27] SOEKARMAN D，VON LINDERN M，DAENEN S，et al. The translocation （6；9）（p23；q34） shows consistent rearrangement of two genes and defines a myeloproliferative disorder with specific clinical features[J]. Blood，1992，79（11）：2990-2997
[28] ZONG W，ZHAO B，XI Y P，et al. DEK domain-containing proteins control flowering time in Arabidopsis[J]. New Phytologist，2021，231（1）：182-192
[29] WAIDMANN S，KUSENDA B，MAYERHOFER J，et al. A DEK domain-containing protein modulates chromatin structure and function in Arabidopsis[J]. The Plant Cell，2014，26（11）：4328-4344
[30] DOYLE S L，HUSEBYE H，CONNOLLY D J，et al. The GOLD domain-containing protein TMED7 inhibits TLR4 signalling from the endosome upon LPS stimulation[J]. Nature Communications，2012，3：707
[31] PASTOR-CANTIZANO N，BERNAT-SILVESTRE C，MARCOTE M J，et al. Loss of Arabidopsis p24 function affects ERD2 trafficking and Golgi structure，and activates the unfolded protein response[J]. Journal of Cell Science，2018，131（2）：jcs203802
[32] 黄永会，刘永翔，朱英，等. COR基因在植物抗寒基因工程中的作用[J]. 贵州农业科学，2014，42（12）：37-42
[33] 徐燕，薛立，屈明. 植物抗寒性的生理生态学机制研究进展[J]. 林业科学，2007，43（4）：88-94
[34] HENRISSAT B，CALLEBAUT I，FABREGA S，et al. Conserved catalytic machinery and the prediction of a common fold for several families of glycosyl hydrolases[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America，1995，92（15）：7090-7094
[35] NGUEMA-ONA E，VICRÉ-GIBOUIN M，GOTTÉ M，et al. Cell wall O-glycoproteins and N-glycoproteins： aspects of biosynthesis and function[J]. Frontiers in Plant Science，2014，5：499
[36] ROSA M，PRADO C，PODAZZA G，et al. Soluble sugars--metabolism， sensing and abiotic stress： a complex network in the life of plants[J]. Plant Signaling & Behavior，2009，4（5）：388-393
[37] 赵江涛，李晓峰，李航，等. 可溶性糖在高等植物代谢调节中的生理作用[J]. 安徽农业科学，2006，34（24）：6423-6425，6427
[38] ŁP TARKOWSKI，VAN DEN ENDE W. Cold tolerance triggered by soluble sugars： a multifaceted countermeasure[J]. Frontiers in Plant Science，2015，6：203
[39] PESHEV D，VERGAUWEN R，MOGLIA A，et al. Towards understanding vacuolar antioxidant mechanisms： a role for fructans？[J]. Journal of Experimental Botany，2013，64（4）：1025-1038
[40] ZUTHER E，BÜCHEL K，HUNDERTMARK M，et al. The role of raffinose in the cold acclimation response of Arabidopsis thaliana[J]. FEBS Letters，2004，576（1/2）：169-173
[41] ALI H A，LI Y L，BILAL A H M，et al. A comprehensive review of BET protein biochemistry，physiology，and pathological roles[J]. Frontiers in Pharmacology，2022，13：818891
[42] GHOSH D，GUPTA-BHATTACHARYA S. Structural insight into protein T1，the non-allergenic member of the Bet v1 allergen family—an in silico analysis[J]. Molecular Immunology，2008，45（2）：456-462
[43] HAO Q，HEO J M，NOCEK B P，et al. Sugar phosphate activation of the stress sensor eIF2B[J]. Nature Communications，2021，12（1）：3440
[44] ZHU J K. Abiotic stress signaling and responses in plants[J]. Cell，2016，167（2）：313-324
[45] LI Y Z，ZHU J C，XU J W，et al. Effect of cold stress on photosynthetic physiological characteristics and molecular mechanism analysis in cold-resistant cotton （ZM36） seedlings[J]. Frontiers in Plant Science，2024，15：1396666
[46] LI S H，LIU S，ZHANG Q，et al. The interaction of ABA and ROS in plant growth and stress resistances[J]. Frontiers in Plant Science，2022，13：1050132
[47] MA J，WANG D H，SHE J，et al. Endoplasmic reticulum-associated N-glycan degradation of cold-upregulated glycoproteins in response to chilling stress in Arabidopsis[J]. New Phytologist，2016，212（1）：282-296
[48] HILDEBRANDT T M. Synthesis versus degradation：directions of amino acid metabolism during Arabidopsis abiotic stress response[J]. Plant Molecular Biology，2018，98（1/2）：121-135
[49] LIU X Y，BULLEY S M，VARKONYI-GASIC E，et al. Kiwifruit bZIP transcription factor AcePosF21 elicits ascorbic acid biosynthesis during cold stress[J]. Plant Physiology，2023，192（2）：982-999
[50] KNIGHT H，TREWAVAS A J，KNIGHT M R. Cold calcium signaling in Arabidopsis involves two cellular pools and a change in calcium signature after acclimation[J]. The Plant Cell，1996，8（3）：489-503
[51] CHEN D L，MUBEEN B，HASNAIN A，et al. Role of promising secondary metabolites to confer resistance against environmental stresses in crop plants：current scenario and future perspectives[J]. Frontiers in Plant Science，2022，13：881032
[52] COVINGTON M F，MALOOF J N，STRAUME M，et al. Global transcriptome analysis reveals circadian regulation of key pathways in plant growth and development[J]. Genome Biology，2008，9（8）：R130
[53] KNIGHT M R，KNIGHT H. Low-temperature perception leading to gene expression and cold tolerance in higher plants[J]. New Phytologist，2012，195（4）：737-751
[54] KINMONTH-SCHULTZ H A，GOLEMBESKI G S，IMAIZUMI T. Circadian clock-regulated physiological outputs：dynamic responses in nature[J]. Seminars in Cell & Developmental Biology，2013，24（5）：407-413
[55] DANQUAH A，DE ZELICOURT A，COLCOMBET J，et al. The role of ABA and MAPK signaling pathways in plant abiotic stress responses[J]. Biotechnology Advances，2014，32（1）：40-52

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不同秋眠级紫花苜蓿响应低温胁迫的转录组学分析

Transcriptomic Analysis of Different Fall Dormancy Levels of Alfalfa in Response to Low Temperature Stress

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[1]	王之杰, 张万军. 紫花苜蓿MsNF-YB5基因的克隆及表达特性分析[J]. 草地学报, 2025, 33(3): 686-695.
[2]	张岩, 陈崎, 代蕊, 李建伟, 边林, 张志强. 紫花苜蓿MsTIFY77基因克隆及表达分析[J]. 草地学报, 2025, 33(3): 719-727.
[3]	姚泽, 于思敏, 王祺, 乐芳军. 紫花苜蓿叶片水分生理及其解剖结构的水分胁迫响应[J]. 草地学报, 2025, 33(3): 823-830.
[4]	张丽丽, 蒋旭, 崔婧, 栗亚静, 康俊梅. 紫花苜蓿开花调控基因MsCIB2的克隆及功能验证[J]. 草地学报, 2025, 33(2): 335-350.
[5]	石嘉琦, 谢楠, 崔素倩, 孙国通, 潘璇, 张立锋, 刘忠宽, 刘振宇, 张洪发, 李亚楠, 杨青川, 龙瑞才. 不同盐浓度胁迫下16个紫花苜蓿品种萌发期耐盐性评价[J]. 草地学报, 2025, 33(2): 472-480.
[6]	张立锋, 谢楠, 崔素倩, 孙国通, 冯伟, 石嘉琦, 潘璇, 智健飞, 秦文利, 李建明, 张洪发, 李亚楠, 刘振宇, 刘忠宽. 河北滨海盐碱地雨养旱作紫花苜蓿蒸散特性及其影响因子[J]. 草地学报, 2025, 33(2): 575-585.
[7]	王涛, 梁红怡, 王显, 许钊, 商建英, 李彦明, 陈清, 崔建宇, 常瑞雪. 硅藻矿粉和玻尿酸废液对紫花苜蓿减肥和耐旱效果的研究[J]. 草地学报, 2025, 33(2): 618-629.
[8]	王怡然, 邢岩, 马南楠, 赵辉祥, 姜汝玉, 曲善民. 四种调节剂对盐碱条件下紫花苜蓿生产性能的影响[J]. 草地学报, 2025, 33(2): 636-643.
[9]	陆爽, 刘月月, 毛佳静, 徐新雨, 罗立为, 韩烈保, 许立新. 日本结缕草Zjsgr突变植株在北京地区的耐寒性初步分析[J]. 草地学报, 2025, 33(1): 28-33.
[10]	万晓梅, 杭红涛, 张运飞, 郭国玲. 钙生境对紫花苜蓿种子萌发生长特性影响及其耐钙综合评价研究[J]. 草地学报, 2025, 33(1): 157-169.
[11]	武欣, 张芮, 李妙祺, 张小艳, 张真荣, 卢小波. 紫花苜蓿亏缺灌溉栽培的综合管理策略研究[J]. 草地学报, 2024, 32(9): 2677-2685.
[12]	贾雪, 蔡回彩, 于澜, 李沛, 徐博. 紫花苜蓿不育系与保持系线粒体全基因组比较分析[J]. 草地学报, 2024, 32(9): 2737-2748.
[13]	苏小港, 额尔德木图, 成蓉蓉, 陈艳红, 巩泽琳, 张晓琳, 翟鹏辉. 增水和施肥对苜蓿-小麦轮作系统冬小麦叶片水分利用效率的影响[J]. 草地学报, 2024, 32(9): 2891-2898.
[14]	陈辰, 滑少波, 李杰勤, 姜华, 黄鹤平, 姜婉琦, 姚敏学, 李向飞, 初晓辉, 刘秦华. 紫花苜蓿青贮饲料对草鱼生长性能和肌肉品质的影响[J]. 草地学报, 2024, 32(9): 2990-2998.
[15]	徐明, 蒋学乾, 何飞, 张帆, 杨天辉, 龙瑞才, 杨青川, 丛丽丽. 紫花苜蓿种子产量与大小相关性状全基因组关联分析[J]. 草地学报, 2024, 32(8): 2419-2427.