摘要
柽柳（Tamarix chinensis）是一种典型的盐生植物，广泛应用于盐碱地造林和绿化。本研究以柽柳品种‘鲁柽1号’为试验材料，通过转录组和代谢组解析了柽柳响应盐胁迫的机制，以期为耐盐基因资源的挖掘和柽柳抗盐遗传改良奠定基础。主要研究结果如下: 1、柽柳响应盐胁迫的生理特征:本研究对柽柳幼茎和根组织在300mmol/LNaCl条件下的抗氧化酶活性、渗透调节物质的含量及MDA的含量进行测定分析，发现这些指标在柽柳幼茎和根组织中的变化趋势一致。抗氧化酶CAT、SOD、PAL的活性随盐胁迫时间的延长而增强，POD的活性随盐胁迫时间的延长先增强后减弱，脯氨酸的含量随盐处理时间的延长变化趋势复杂，可溶性糖的含量随盐处理时间的延长而增加，可溶性蛋白的含量随盐处理时间的延长先增加后减少，MDA的含量随盐处理时间的延长先增加后减少。结果表明柽柳通过增强抗氧化酶活性及增加渗透调节物质的含量来减轻盐胁迫的危害。 2、柽柳响应盐胁迫的转录组分析:对柽柳幼茎和根组织在300mmol/L NaCl条件下的转录组数据进行分析，结果显示在柽柳幼茎组织中共鉴定6023个差异表达基因，471个差异表达基因在4个处理时期共同差异表达;根组织中共鉴定7118个差异表达基因，2693个差异表达基因在4个处理时期共同差异表达。进一步分析发现，这些共同差异表达的基因主要富集了细胞代谢过程调节、细胞壁及氧化还原酶活性等GO条目。KEGG分析发现，这些共同差异表达的基因被富集到类黄酮生物合成途径、植物激素信号转导途径、淀粉和蔗糖代谢途径及植物MAPK信号转导途径。结果表明，这4条通路途径在柽柳应对盐胁迫中发挥主要作用。 3、柽柳响应盐胁迫的代谢组分析:对柽柳幼茎和根组织在300mmol/L NaCl条件下的代谢组数据进行分析，结果显示在盐胁迫下的柽柳幼茎和根组织中共鉴定出1436种代谢物，其中有机酸及衍生物的种类最多，占19.916％,其他代谢物种类占比依次为脂质和类脂分子占17.967％,苯类化合物占12.674％,有机杂环化合物占12.465％,苯基丙烷和聚酮类占11.63％,有机氧化物占9.819％,其他代谢物包括核苷、核苷酸和类似物、木质素以及有机金属化合物，占比都较少。差异表达代谢物分析显示，幼茎组织中有232个差异代谢物在盐处理4个时期共同表达;根组织中有461个差异代谢物在4个盐处理时期共同表达。KEGG分析显示，氨基酸生物合成途径及丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢途径在4个处理时期共同富集。结果表明氨基酸可能在柽柳应答盐胁迫过程中发挥重要作用。 4、柽柳响应盐胁迫的调控通路及关键基因和代谢物:基于转录组和代谢组的调控通路分析发现，类黄酮生物合成途径上包括编码PAL、4CL、CHS、DFR、LAR、COMT等关键酶的基因的表达水平随盐处理时间的延长先升高后下降，编码ANS的基因表达水平下降。淀粉和蔗糖代谢途径上包括编码SPP、SUS、PYG、ISA、AMY等关键酶的基因表达水平升高，编码WAXY的基因表达水平下降，而编码TPS基因在柽柳两个组织中呈现不同的表达模式，幼茎组织中7个TPS编码基因下调表达，11个TPS编码基因上调表达，根组织中6个TPS编码基因上调表达，12个TPS编码基因下调表达。植物激素ABA信号转导途径中大部分脱落酸受体蛋白PYR/PYL编码基因在盐胁迫下表达下调，下游蛋白磷酸酶PP2C编码基因的表达随盐处理时间的延长先上调后下调，转录因子ABF在盐胁迫下表达下调。MAPK信号通路途径上的基因受ABA信号转导途径上基因表达水平的影响而下调表达。综合氨基酸生物合成及丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢物两个途径发现，半胱氨酸和L-天冬酰胺两个代谢物在盐胁迫下积累，三羧酸循环上的琥珀酸及柠檬酸含量下降。 以上结果表明，基于转录组筛选出的4条调控通路上共81个基因以及基于代谢组筛选的2条调控通路上共4个氨基酸代谢物可能是柽柳响应盐胁迫过程中的关键基因及关键代谢物。
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