摘要
盐胁迫是限制作物生产发展的重要因素之一，而水稻作为盐碱地开发利用的首选粮食作物，培育其耐盐新品种，对于保障我国粮食安全具有重要意义。本研究以HD961(耐盐)和IR29(盐敏感)为材料，采用水培法对三叶期水稻幼苗在150mMNaCl下处理0h、12h和72h,比较分析了不同胁迫时间水稻根系生理指标的变化，同时基于转录组和代谢组联合分析确定关键通路，分析了水稻响应盐胁迫可能的分子机制，挖掘出参与响应盐胁迫的关键候选基因，以期为水稻相关耐盐基因的挖掘及水稻耐盐品种选育提供理论依据和技术支撑。本研究得到主要结果如下: (1)随着胁迫时间延长，水稻根系的相对电导率、丙二醛、脯氨酸、可溶性糖、SOD、CAT均呈现上升趋势，POD活性则呈先升高后降低的趋势。在盐胁迫下，HD961的相对电导率、丙二醛含量、抗氧化酶活性均高于IR29。Na+积累量、K+下降幅度、脯氨酸含量均低于IR29,但与12h相比，胁迫72h时HD961的可溶性糖含量增加幅度高于IR29。 (2)利用RNA-seq研究了盐胁迫对水稻根系基因表达的影响，结果表明，盐胁迫下HD961和IR29分别检测到8834、8371个差异基因，这些差异基因主要富集的GO条目是膜组分、细胞过程、刺激响应、结合以及催化活性，且经KEGG富集分析发现，两个水稻材料的差异基因均显著富集到谷胱甘肽代谢、苯丙烷生物合成、淀粉及蔗糖代谢等通路，其中MAPK信号通路途径只在HD961中富集，推测HD961可能通过MAPK信号通路途径诱导盐胁迫响应基因的表达来增强植物耐盐性。转录因子家族分析表明，AP2/ERF-ERF、WRKY、MYB、bHLH、NAC、bZIP等在盐胁迫下注释的差异基因较多。 (3)广泛靶向代谢组结果表明，NaCl胁迫下，两个水稻材料通过积累氨基酸、有机酸、糖醇类、生物碱及黄酮类等物质，清除ROS的积累以及降低细胞渗透势，从而抵御盐胁迫。而酚酸类化合物在HD961中高度积累。KEGG富集显示，两个水稻材料在盐胁迫下主要通过积累氨基酸类等渗透调节物质以降低细胞渗透势，从而抵抗盐胁迫带来的伤害。另外，HD961富集的核苷酸及其衍生物大部分以上调积累为主，但IR29以下调表达为主。在胁迫72h时嘧啶代谢富集最为显著，影响多糖、脂类等重要物质的合成，引起IR29对盐胁迫的敏感性增强。 （4）多组学联合分析表明，类黄酮生物合成通路在两个水稻材料均有显著富集，而半乳糖代谢通路在HD961富集更为显著。HD961中与类黄酮生物合成相关的基因大部分上调表达如HCT和CHS,促进柚皮素查尔酮等代谢物的积累，抑制活性氧的积累，有利于适应盐环境。半乳糖代谢相关基因如GOLS、RS、galA、PFK等直接或间接调控蔗糖、肌醇半乳糖苷等代谢物含量的变化。因此，这些代谢产物和相关基因的改变可能有利于根系积累更多的类黄酮化合物及碳水化合物来抵抗盐胁迫。
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