草地学报

三份长穗偃麦草种质核型与基因表达特征分析

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余婷, 马帅, 孟林, 毛培春, 郑明利, 杨培志, 李紫燕

草地学报 | 研究论文 2026,34(3): 804-816

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草地学报 |研究论文 2026 , 34 (3) : 804 -816

三份长穗偃麦草种质核型与基因表达特征分析

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余婷, 马帅, 孟林, 毛培春, 郑明利, 杨培志, 李紫燕

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作者简介:

余婷（2000-），女，汉族，重庆人，硕士研究生，主要从事牧草耐盐性状鉴定与评价研究，E-mail：13594543503@163.com

Analysis of Karyotype and Gene Expression Characteristics in Three Elytrigia elongata Germplasms

YU Ting, MA Shuai, MENG Lin, MAO Pei-chun, ZHENG Ming-li, YANG Pei-zhi, LI Zi-yan

Affiliations

doi: 10.11733/j.issn.1007-0435.2026.03.007

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摘要

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长穗偃麦草[Elytrigia elongata （Host） Nevski]作为多年生疏丛型禾草，具有突出的抗逆性及饲用价值。为探究长穗偃麦草种质染色体数目、核型组成及不同倍性种质的基因表达特性，以编号EE030，EE031和Ae4x的三份长穗偃麦草种质为材料，采用酶解法进行染色体核型分析，并利用PacBio平台全长转录组测序技术，分析不同倍性种质间基因表达差异。结果表明，种质EE031为二倍体（2n=2x=14），核型公式为K（2n）=2x=10m+4sm，属“1A”型；Ae4x种质为四倍体（2n=4x=28），核型公式为K（2n）=4x=20m+6sm+2st，属“2A”型；EE030为十倍体（2n=10x=70），核型公式为K（2n）=10x=56m+12sm+2st，属“2A”型。随着倍性增加，转录本丰度和功能多样性显著扩展，EE031，Ae4x和EE030差异性表达基因分别富集并注释到10条、12条和15条KEGG代谢通路，以及39个、38个和64个GO功能条目。三种不同倍性长穗偃麦草特异表达基因富集的核心通路和条目分别包括EE031中染色体及其结合蛋白、应激响应和信号受体等；Ae4x中转运蛋白、水解酶等；EE030中代谢、转运蛋白和转移酶活性等。

关键词

长穗偃麦草 / 多倍体 / 核型分析 / 全长转录组测序 / 差异性表达基因

Abstract

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Elytrigia elongata （Host） Nevski， a perennial bunchgrass， possesses outstanding stress tolerance and forage quality. This study aimed to examine the chromosome number， karyotype composition， and gene expression profiles across various ploidy levels within E. elongata germplasm. Three accessions， designated EE030， EE031， and Ae4x， were used as experimental materials. Karyotype analysis was conducted via an enzymatic maceration method， and differences in gene expression among accessions with varying ploidy levels were analyzed through full-length transcriptome sequencing on the PacBio platform. The results revealed that accession EE031 is a diploid （2n=2x=14） with a karyotype formula of K（2n）=2x=10m+4sm， classified as the “1A” type. Accession Ae4x is identified as a tetraploid （2n=4x=28） with a karyotype formula of K（2n）=4x=20m+6sm+2st， classified as the “2A” type. Accession EE030 is a decaploid （2n=10x=70） with a karyotype formula of K（2n）=10x=56m+12sm+2st， also categorized as the “2A” type. In parallel， transcriptome analysis revealed that increased ploidy level was associated with an essential expansion in transcript abundance and functional diversity. Differentially expressed genes in EE031， Ae4x， and EE030 were enriched in 10， 12， and 15 KEGG metabolic pathways， as well as in 39， 38， and 64 GO functional terms， respectively. Furthermore， core functional pathways specific to each ploidy level were identified：（1） EE031 （diploid） was enriched in proteins related to Chromosomes and Chromosome-binding， Stress response， and Signal receptor activity；（2） Ae4x （tetraploid） was enriched in Transporter and Hydrolase activities；（3） EE030 （decaploid） was associated with Metabolism， Transporter， and Transferase activities.

Key words

Elytrigia elongata / Polyploidy / Karyotype analysis / Full-length transcriptome sequencing / Differentially expressed genes

引用本文

余婷, 马帅, 孟林, 毛培春, 郑明利, 杨培志, 李紫燕. 三份长穗偃麦草种质核型与基因表达特征分析. 草地学报, 2026 , 34 (3) : 804 -816 . DOI: 10.11733/j.issn.1007-0435.2026.03.007

YU Ting, MA Shuai, MENG Lin, MAO Pei-chun, ZHENG Ming-li, YANG Pei-zhi, LI Zi-yan. Analysis of Karyotype and Gene Expression Characteristics in Three Elytrigia elongata Germplasms[J]. Acta Agrestia Sinica, 2026 , 34 (3) : 804 -816 . DOI: 10.11733/j.issn.1007-0435.2026.03.007

基金

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北京市农林科学院科技创新能力建设专项 (KJCX20251303,KJCX20230109)

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ZHANG R，LIU Y H，WANG S N，et al. Construction and comparison of induction and regeneration system for immature embryos of different genotypes of Elytrigia elongata [J]. Chinese Journal of Grassland，2024，46（7）：11-17张然，刘岳含，王思宁，等. 不同基因型长穗偃麦草幼胚诱导再生体系的构建和比较研究[J]. 中国草地学报，2024，46（7）：11-17
MA X T. Studies on the morphology characters and resistance of Elytrigia intermedium， Elytrigia elongata and their hybrids [D]. Hohhot：Inner Mongolia Agricultural University，2010：15-25马小廷. 中间偃麦草、长穗偃麦草及其杂种F1的形态特征和抗逆性研究[D]. 呼和浩特：内蒙古农业大学，2010：15-25
ZHANG R，FENG X H，WU Y J，et al. Interactive effects of drought and salt stresses on the growth and physiological characteristics of Thinopyrum ponticum [J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture，2022，30（11）：1795-1806张睿，封晓辉，吴玉洁，等. 长穗偃麦草（Thinopyrum ponticum）幼苗对盐旱胁迫的生理响应[J]. 中国生态农业学报（中英文），2022，30（11）：1795-1806
MUSAEV M R，MUSAEVA Z M，MAGOMEDOVA A A. Soil degradation of irrigated plants of dagestan and ways out of the situation [J]. South of Russia： Ecology， Development，2017，11（4）：226-230
MENG L，BAI S Q，LI D X，et al. Research progress of plant germplasm resources of Elytrigia[J]. Journal of Grassland and Forage Science，2024，280（5）：1-7孟林，白史且，李达旭，等. 偃麦草属植物种质资源研究进展[J]. 草学，2024，280（5）：1-7
LI H W，ZHENG Q，WANG J L，et al. Developing Thinopyrum elongatum to build a “Coastal Grass Belt” [J]. Bulletin of Chinese Academy of Sciences，2023，38（04）：622-631李宏伟，郑琪，王建林，等. 发展长穗偃麦草，建设“滨海草带”[J]. 中国科学院院刊，2023，38（4）：622-631
DING H，QIU D P，CHEN S X. Research progress in plant chromosome samples preparation and karyotype analysis [J]. Journal of Southern Agriculture，2012，43（12）：1958-1962丁鸿，邱东萍，陈少雄. 植物染色体标本的制备和染色体核型分析研究进展[J]. 南方农业学报，2012，43（12）：1958-1962
LIU Y A，FENG H S，CHEN Z G，et al. Common methods of karyotype analysis in plant [J]. Guizhou Agricultural Sciences，2006，34（1）：98-102刘永安，冯海生，陈志国，等. 植物染色体核型分析常用方法概述[J]. 贵州农业科学，2006，34（1）：98-102
LI M X. Techniques for plant chromosome research [M]. Harbin：Northeast Forestry University Press，1991：31-149李懋学. 植物染色体研究技术[M]. 哈尔滨：东北林业大学出版社，1991：31-149
QIU Z M，ZHOU J，FU J P. Research progress on chromosome karyotype of vegetables [J]. Hubei Agricultural Sciences，2018，57（23）：11-14，26邱正明，周洁，符家平. 蔬菜染色体核型研究进展[J]. 湖北农业科学，2018，57（23）：11-14，26
LI M X，CHEN R Y. A suggestion on the standardization of karyotype analysis in plants [J]. Journal of Wuhan Botanical Research，1985（4）：297-302李懋学，陈瑞阳. 关于植物核型分析的标准化问题[J]. 武汉植物学研究，1985（4）：297-302
HE X L，ZHANG M J.Chromosome numbers and karyotype of 7 species from Seriphidium（Compositae） [J]. Acta Botanica Boreali-Occidentalia Sinica，2009，29（6）：1155-1161贺学礼，张妙娟. 7种绢蒿属植物染色体数目和核型研究[J]. 西北植物学报，2009，29（6）：1155-1161
LI H W，ZHENG Q，LI B，et al. Progress in research on tall wheatgrass as a salt-alkali tolerant forage grass [J]. Acta Prataculturae Sinica，2022，31（5）：190-199李宏伟，郑琪，李滨，等. 一种耐盐碱牧草——长穗偃麦草研究进展[J]. 草业学报，2022，31（5）：190-199
HUANG S. Study on molecular phylogeny and chromosome differentiation in wheatgrass genus Thinopyrum [D]. Yangzhou： Yangzhou University，2017：4-5黄帅. 偃麦草属植物分子系统发育及染色体分化研究[D]. 扬州：扬州大学，2017：4-5
REN Y P，ZHANG J Q，SUN Y，et al. Full-length transcriptome sequencing on PacBio platform [J]. Chinese Science Bulletin，2016，61（11）：1250-1254任毅鹏，张佳庆，孙瑜，等. 基于PacBio平台的全长转录组测序[J]. 科学通报，2016，61（11）：1250-1254
MU D，ZHAO Q J，LIU Y Y，et al. Full-Length transcriptome sequencing and Dof transcription factor family analysis of caucasian clover [J]. Acta Agrestia Sinica，2023，31（11）：3343-3354牟丹，赵啟军，刘玉英，等. 高加索三叶草全长转录组测序及Dof转录因子家族分析[J]. 草地学报，2023，31（11）：3343-3354
FASANO C，DIRETTO G，AVERSANO R，et al. Transcriptome and metabolome of synthetic Solanum autotetraploids reveal key genomic stress events following polyploidization [J]. New Phytologist，2016，210（4）：1382-1394
WOOD T E，TAKEBAYASHI N，BARKER M S，et al. The frequency of polyploid speciation in vascular plants [J]. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America，2009，106（33）：13875-13879
CHAGUÉ V，JUST J，MESTIRI I，et al. Genome-wide gene expression changes in genetically stable synthetic and natural wheat allohexaploids [J]. New Phytologist，2010，187（4）：1181-1194
QI B，HUANG W，ZHU B，et al. Global transgenerational gene expression dynamics in two newly synthesized allohexaploid wheat （Triticum aestivum） lines [J]. BMC Biology，2012，10：3
RIDDLE N C，JIANG H M，AN L，et al. Gene expression analysis at the intersection of ploidy and hybridity in maize [J]. Theoretical and Applied Genetics，2010，120（2）：341-353
TAN F Q，TU H，LIANG W J，et al. Comparative metabolic and transcriptional analysis of a doubled diploid and its diploid citrus rootstock （C. junos cv. Ziyang xiangcheng） suggests its potential value for stress resistance improvement [J]. BMC Plant Biology，2015，15：89
STUPAR R M，BHASKAR P B，YANDELL B S，et al. Phenotypic and transcriptomic changes associated with potato autopolyploidization [J]. Genetics，2007，176（4）：2055-2067
TOSSI V E，MARTÍNEZ TOSAR L J，LAINO L E，et al. Impact of polyploidy on plant tolerance to abiotic and biotic stresses [J]. Frontiers in Plant Science，2022，13：869-423
SHU Y J，ZHANG J，AO Y，et al. Analysis of the Thinopyrum elongatum transcriptome under water deficit stress [J]. International Journal of Genomics，2015，2015：265791
GE W Y. Map-based cloning and functional characterization of Fhb7 gene conferring fusarium head blight resistance in Thinopyrum ponticum [D]. Taian： Shandong Agricultural University，2021：53-73葛文扬. 长穗偃麦草抗赤霉病基因Fhb7的图位克隆及功能解析[D]. 泰安：山东农业大学，2021：53-73
ZHANG Y P，HUANG D H，LI P，et al. Electronic cloning and bioinformatics analysis of ThPLA gene in Thinopyrum elongatum [J]. Seed，2024，43（8）：112-118张宴萍，黄德华，李鹏，等. 长穗偃麦草ThPLA基因的电子克隆和生物信息学分析[J]. 种子，2024，43（8）：112-118
ARANO H. Cytological studies in subfamily Carduoideae （Compositae） of Japan IX. the karyotype analysis and phylogenic considerations on Pertya and Ainsliaea （2） [J]. The Botanical Society of Japan，1963，76（895）： 32-39
STEBBINS G L. Chromosomal evolution in higher plants [M]. London： University Park Press， 1971： 30-31
CHEN C J，WU Y，LI J W，et al. TBtools-II： a “one for all， all for one” bioinformatics platform for biological big-data mining [J]. Molecular Plant，2023，16（11）：1733-1742
WANG H W，SUN S，GE W，et al. Horizontal gene transfer of Fhb7 from fungus underlies Fusarium head blight resistance in wheat [J]. Science，2020，368（6493）：5427-5435
UHLMANN F，LOTTSPEICH F，NASMYTH K. Sister-chromatid separation at anaphase onset is promoted by cleavage of the cohesin subunit Scc1[J]. Nature，1999，400（6739）：37-42
XIAO S X，HUANG Y R，GAO L，et al. Optimization of chromosome tableting technology and karyotype analysis of Althaea rosea root tips [J]. Molecular Plant Breeding，2021，19（17）：5800-5807肖苏芯，黄依然，高丽，等. 蜀葵根尖染色体制片技术优化和核型分析[J]. 分子植物育种，2021，19（17）：5800-5807
LI Z L. Plant cell division and chromosome morphology [J]. Journal of Cell Biology，1979，1（2）：1-6李正理. 植物细胞分裂和染色体形态[J]. 细胞生物学杂志，1979，1（2）：1-6
ZOU B C，WANG X，ZHANG X，et al. Analysis of chromosome number and genetic diversity of 22Pennisetum Materials and 1Arundo Material [J]. Acta Agrestia Sinica，2025，33（4）：1019-1028邹冰灿，王霞，张轩，等. 22份狼尾草属材料和1份芦竹属材料染色体数目及遗传多样性分析[J]. 草地学报，2025，33（4）：1019-1028
QIAO Y G，WANG L，SONG Y，et al. The chromosome number and karyotype of two Astragalus species [J]. Acta Agrestia Sinica，2016，24（3）：699-702乔永刚，王立，宋芸，等. 两个黄芪亚种染色体数目与核型分析[J]. 草地学报，2016，24（3）：699-702
ZHANG X Y，MAO P C，MENG L，et al. Analysis of chromosome karyotypes of Elytrigia intermedia and Elytrigia elongata [J]. Pratacultural Science，2011，28（7）：1315-1319张晓燕，毛培春，孟林，等. 中间偃麦草和长穗偃麦草染色体核型分析[J]. 草业科学，2011，28（7）：1315-1319
MENG L，MAO P C，ZHANG X Y，et al. Somatic cell karyotypes of three Elytrigia elongata accessions [J]. Acta Agrestia Sinica，2013，21（4）：821-827孟林，毛培春，张晓燕，等. 3份长穗偃麦草种质的体细胞核型分析[J]. 草地学报，2013，21（4）：821-827
OTTO S P. The evolutionary consequences of polyploidy [J]. Cell，2007，131（3）：452-462
SOLTIS P S， MARCHANT D B， VAN DE PEER Y， et al. Polyploidy and genome evolution in plants [J]. Current Opinion in Genetics & Development，2015，35：119-125
XUE Z F. Circadian rhythm of gene transcription and epigenetic modification in Brassica Napus [D]. Wuhan：Huazhong Agricultural University，2023：40-73薛志飞. 甘蓝型油菜基因转录和表观遗传修饰昼夜节律的研究[D]. 武汉：华中农业大学，2023：40-73
WANG T，LI Z，ZHANG S. Effects of four plant secondary metabolites on the detoxification enzyme activity and expression of carboxylesterase genes of Tenebrio molitor [J]. Jiangsu Journal of Agricultural Sciences，2025，41（3）：501-509汪彤，李哲，张爽. 4种植物次生物质对黄粉虫解毒酶活性及羧酸酯酶基因表达的影响[J]. 江苏农业学报， 2025，41（3）：501-509
LIU J G，ZHAO G Y，ZHAO J L，et al. Progress in the structure， expression and function of plant carboxylesterases [J]. The Crop Journal，2018，34（3）：32-36刘建光，赵贵元，赵俊丽，等. 植物羧酸酯酶的结构、表达调控及生物功能研究进展[J]. 作物杂志，2018，34（3）：32-36
ZHANG Z F. Function of benzoxazinoids and free aminoAcids in wheat-sitobion avenae interaction [D]. Yangling：Northwest Agriculture and Forestry University，2025：45-62张战凤. 小麦苯并噁唑嗪酮类化合物及游离氨基酸在小麦-麦长管蚜互作中的功能研究[D]. 杨陵：西北农林科技大学，2025：45-62
CAI X，CHANG L C，ZHANG T T，et al. Impacts of allopolyploidization and structural variation on intraspecific diversification in Brassica rapa [J]. Genome Biology，2021，22：166
WEISS-SCHNEEWEISS H，SCHNEEWEISS G M，LEITCH I J，GREILHUBER J，DOLEZEL J，et al. Karyotype diversity and evolutionary trends in angiosperms [M]， Plant Genome Diversity Volume 2. Vienna： Springer-Verlag Wien，2013：209-230
SU W Y，LIU X M，JI W，et al. Mitochondrial genome characteristics and phylogenetic analysis of Yu Muer， an albino mutant strain of Auricularia cornea Ehrenb [J]. Jiangsu Agricultural Sciences，2025，53（13）：47-54苏文英，刘晓梅，纪伟，等. 玉木耳线粒体基因组特征及系统发育分析[J]. 江苏农业科学，2025，53（13）：47-54
SHAO C G，WANG H，BI Y F. Relationship between endogenous polyamines and tolerance in Medicago sativa L. under heat stress [J]. Acta Agrestia Sinica，2015，23（6）：1214-1219邵辰光，王荟，毕玉芬. 高温胁迫下紫花苜蓿多胺含量与耐热性的关系[J]. 草地学报，2015，23（6）：1214-1219
CHEN D D. Effects of exogenous polyamines on flower bud differentiation and stress resistance of Anoectochilus roxburghii [D]. Hangzhou：Zhejiang Agriculture and Forestry University，2021：43-46陈丹丹. 外源多胺对金线莲花芽分化与抗逆性的影响[D]. 杭州：浙江农林大学，2021：43-46
LIU N Q，LIN S Y，SHEN Y X. Effects of exogenous putrescine and spermidine on cold tolerance of centipede grass [J]. Acta Agrestia Sinica，2019，27（3）：603-611刘南清，林绍艳，沈益新. 外源腐胺与亚精胺提高假俭草低温胁迫耐受性的研究[J]. 草地学报，2019，27（3）：603-611

2026年第34卷第3期

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接收时间：2025-08-26
首发时间：2026-09-23

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收稿日期：2025-08-26
修回日期：2025-10-22

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2种不同金属材料的力学参数

科 Family	属数 Number of genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)	属 Genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)
鹅膏菌科Amanitaceae	2	11	5.26	鹅膏菌属 Amanita	10	4.78
小菇科 Mycenaceae	2	12	5.74	丝盖伞属 Inocybe	5	2.39
多孔菌科 Polyporaceae	8	14	6.70	蜡蘑属 Laccaria	5	2.39
红菇科 Russulaceae	3	23	11.00	小皮伞属 Marasmius	6	2.87
				小菇属 Mycena	11	5.26
				光柄菇属 Pluteus	5	2.39
				红菇属 Russula	17	8.13
				栓菌属 Trametes	5	2.39

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