盐生植物四翅滨藜耐盐机制及分子基础

【作者】 包爱科； 郭欢； 潘雅清；

【机构】 草地农业生态系国家重点实验室兰州大学草地农业科技学院；

【摘要】 盐渍生境下孕育出的野生植物经过长期进化,在形态结构、生理生化和遗传特性等方面形成了独特的适应机制,揭示其耐盐机制并发掘所蕴含的丰富抗逆基因资源,可为优良牧草和农作物抗逆性的遗传改良奠定基础。四翅滨藜（Atriplexcanescens）为藜科滨藜属多年生半常绿灌木,在世界各地盐渍区均有广泛分布,是重要的盐生植物。我们的研究发现,100mmol·L^-1 NaCl显著促进了四翅滨藜的生长,而200和400 mmol·L^-1 NaCl处理下,其株高和生物量仍维持在对照水平,说明该植物具有极强的耐盐能力。进一步分析表明,通过大量分泌和积累Na⁺和其它有机渗透调节物质减轻细胞损伤并降低细胞渗透势,进而维持体内的水分平衡、提高光合效率是四翅滨藜耐盐的重要策略。在上述生理分析的基础上,应用RNA-Seq测序技术,从转录组角度对四翅滨藜耐盐的分子基础展开深入系统分析。本次测序共获得7万多条基因序列,且盐(100 mmol·L^-1 NaCl)处理6 h差异表达基因数目显著多于24h。通过q-PCR对随机挑选出的差异表达基因（DEGs）表达量进行验证,其结果与表达谱结果的相关系数为R²> 0.87,说明RNA-Seq的数据是可信的。与对照相比,盐处理6 h后的差异表达基因主要集中在以下方面:1)叶和根中大量元素相关转录本[包含阳离子Na⁺（SOS1、NHX1、HKT1）、K⁺（SKOR、AKT、KT/HAK/KUP）、Ca²⁺(P-Ca²⁺-ATPase、CCX)、Mg²⁺（MGT）、NH₄⁺（AMT）和阴离子NO₃^-（NRT）、PO₄^3-（PHT）、SO₄^2-（STAS）等)和少数微量元素相关转录本(如Cl-（CCC1）、Zn²⁺（ZnT）等)均显著增加;2)叶和根中有机渗透调节相关基因（如脯氨酸/甜菜碱脱氢酶（ProDH/BADH）、吡咯啉-5-羧酸合成酶（P5CS）和鸟氨酸氨基转移酶（OAT）等）数目均显著增加;3)叶中光合作用相关基因的表达受到显著诱导;（4）根中活性氧清除相关基因（如过氧化物酶（POD）、谷胱甘肽-S-转移酶（GST）、抗坏血酸过氧化物酶（APX）、谷氧还蛋白（GLR）等）数目显著增加。上述结果表明,四翅滨藜通过增强对各种营养元素的吸收和转运,提高渗透调节相关物质的活性,增强根部活性氧清除能力,诱导参与光合电子传递和碳固定途径相关基因大量表达,进而提高其耐盐能力。本研究为系统阐明滨藜属植物对盐渍环境的适应策略奠定了坚实基础,对我国西北地区盐渍化治理和农牧业可持续发展具有重要的理论意义和实践价值。更多还原