盐胁迫下沼生扁穗冰草(Platostoma palustre)生理生化及转录组学分析揭示关键候选基因

本研究针对药用植物沼生扁穗冰草(Platostoma palustre)在盐胁迫下的分子响应机制展开探索。研究人员通过整合生理生化测定与转录组学分析，鉴定出13,042个差异表达基因(DEGs)，发现乙烯信号通路中的EIN3和ERF1转录因子可能作为盐胁迫响应的关键调控因子。该研究为解析植物耐盐分子机制提供了新见解，并为培育耐盐药用植物品种奠定了理论基础。

　　

在全球土壤盐渍化日益严重的背景下，盐胁迫已成为制约农业生产的重要环境因素。据统计，全球盐碱地面积已超过10亿公顷，并以每年150万公顷的速度递增。中国作为盐渍化最严重的国家之一，盐碱地面积达3600万公顷，占可用土地的4.88%。这种严峻形势对药用植物种植提出了巨大挑战，特别是对于沼生扁穗冰草(Platostoma palustre)这种具有重要药用价值的热带亚热带植物。该植物富含多糖、黄酮、三萜类等活性成分，市场需求量巨大，但我国产量远不能满足需求。如何利用沿海盐碱地种植沼生扁穗冰草，成为解决供需矛盾的重要途径。为此，广西药用植物保护与遗传改良重点实验室等机构的研究人员开展了这项研究，成果发表在《BMC Plant Biology》。

研究采用生理指标测定结合Illumina Novaseq 6000平台转录组测序技术，对150 mM NaCl处理下的沼生扁穗冰草进行分析。通过Trinity软件进行de novo组装，获得88,879个unigenes，利用DESeq2进行差异表达分析，并通过GO和KEGG进行功能富集分析。关键实验技术包括：抗氧化酶(SOD、POD、CAT)活性测定、叶绿素含量检测、RNA-seq转录组测序、RT-qPCR验证等。

盐胁迫显著抑制沼生扁穗冰草生长
研究显示，随着NaCl浓度增加，沼生扁穗冰草的株高、整株鲜重和根鲜重显著降低。150 mM NaCl处理下，株高降低28.2%，整株鲜重减少54.0%，根鲜重下降48.4%。同时，叶绿素a、b及总含量分别减少17.9%、17.0%和17.7%。抗氧化酶活性在100 mM NaCl时达到峰值后下降。

转录组分析揭示关键通路
转录组分析鉴定出8,679个DEGs(4,334个上调，4,363个下调)。KEGG富集分析显示这些基因显著富集在"植物激素信号转导"、"MAPK信号通路-植物"、"光合作用-天线蛋白"等通路。特别值得注意的是，409个DEGs被鉴定为转录因子，分属25个家族。

叶绿素代谢与光合作用相关基因表达变化
13个叶绿素相关DEGs被注释在"卟啉和叶绿素代谢"通路，其中9个参与叶绿素合成的基因下调。在"光合作用-天线蛋白"和"光合作用"通路中，分别鉴定出19个和35个DEGs，主要编码光系统I(PS I)和光系统II(PS II)的核心组分。

MAPK信号通路与植物激素信号转导的交互作用
"MAPK信号通路-植物"和"植物激素信号转导"通路共享35个DEGs，其中2个转录因子EIN3(TRINITY_DN3357_c1_g2)和ERF1(TRINITY_DN8842_c0_g1)参与乙烯(ETH)信号转导。RT-qPCR验证显示这些基因的表达模式与测序结果一致。

时空表达模式分析
EIN3和ERF1在根中的表达显著高于其他组织。ERF1在根中的表达在12小时达到峰值，比0小时增加233倍，表明这两个基因可能在根系响应盐胁迫中发挥关键作用。

这项研究系统揭示了沼生扁穗冰草响应盐胁迫的分子机制，发现乙烯信号通路中的EIN3和ERF1可能是关键的调控因子。研究不仅为理解植物耐盐性提供了新见解，也为利用沿海盐碱地种植药用植物提供了理论依据。特别值得注意的是，该研究首次在沼生扁穗冰草中鉴定了与盐胁迫响应相关的MAPK信号通路和植物激素信号转导网络的交互作用，为后续的耐盐品种选育提供了重要靶点。未来通过转基因等方法验证这些候选基因的功能，将有助于开发出更具耐盐性的药用植物新品种。