大麦萌发期耐盐分子机制比较转录组分析揭示关键通路与候选基因

为解决盐胁迫严重制约全球作物生产的问题，研究人员对耐盐与盐敏感裸大麦地方品种萌发期根系开展比较转录组学分析，鉴定出大量DEGs，通过GO和KEGG富集分析揭示耐盐品种可能通过下调转运蛋白和通道基因减少Na+内流、调控MAPK信号通路和谷胱甘肽代谢等机制增强耐盐性，研究为克隆耐盐基因和解析大麦耐盐机制提供了重要理论依据。

　　

盐胁迫是全球作物生产面临的主要非生物胁迫之一，严重威胁着粮食安全。在作物各个生长阶段中，种子萌发期对盐胁迫高度敏感，直接影响幼苗建成和作物群体规模，因此探究萌发期耐盐分子机制对培育耐盐作物和保障全球粮食安全具有重要意义。裸大麦（青稞）作为青藏高原藏族人民的主粮，具有生育期短、需肥少、耐逆性强等特点，是研究耐盐机制的理想材料。

近期发表在《BMC Plant Biology》的一项研究，通过比较耐盐和盐敏感裸大麦地方品种在萌发期盐胁迫下的转录组差异，深入揭示了其耐盐分子机制。研究人员采用mRNA-seq（信使RNA测序）技术结合qPCR（实时定量聚合酶链反应）验证，对耐盐品种（B080和B084）和盐敏感品种（B004和B005）萌发7天后的根系进行转录组分析，鉴定差异表达基因并进行GO（基因本体）和KEGG（京都基因与基因组百科全书）富集分析，旨在筛选关键耐盐候选基因并丰富大麦耐盐分子机制。

研究主要应用了以下关键技术方法：使用300 mM NaCl处理筛选自上海地区的裸大麦地方品种，以萌发率为表型指标；提取根系总RNA进行mRNA-seq测序，数据质控后比对到大麦参考基因组（MorexV3）；采用edgeR软件识别DEGs（差异表达基因），设定|log₂FC|≥1且FDR（错误发现率）≤0.05为阈值；通过GOatools和KOBAS进行功能富集分析；随机选择8个DEGs用qPCR验证表达趋势，以HvU61和HvsnoR14为内参基因。

Effects of salt stress on seed germination of naked barley landraces

盐胁迫显著抑制了裸大麦种子萌发，但耐盐品种（B080和B084）的萌发率无显著变化，而盐敏感品种（B004和B005）的萌发率显著下降（图1）。这表明耐盐品种在萌发期具有更强的盐适应能力。

Differentially expressed genes in the roots of naked barley landraces under salt stress

耐盐品种B080和B084分别鉴定出2348和1847个DEGs，盐敏感品种B004和B005分别鉴定出2251和1251个DEGs（图2A）。耐盐品种中下调基因多于上调基因，且耐盐组特有672个上调基因和848个下调基因，盐敏感组特有533个上调基因和1158个下调基因（图2B、2C）。耐盐品种共有216个上调基因和261个下调基因，表明耐盐品种存在共同的盐应激响应机制。

Functional analysis of specifically DEGs in salt-tolerant and salt-sensitive naked barley landraces

GO分析显示，耐盐品种上调基因显著富集于响应热、温度刺激和高光强度等生物过程（BP）条目，下调基因富集于细胞响应水分剥夺和防御反应等条目（图3）。盐敏感品种上调基因富集于响应karrikin（一种信号分子）和调控叶绿素生物合成过程，下调基因富集于苯丙烷生物合成过程。这表明耐盐品种通过调控胁迫响应和代谢过程增强耐盐性。

KEGG分析发现，耐盐品种下调基因显著富集于植物-病原互作、MAPK信号通路-植物、谷胱甘肽代谢等通路（图4）。 cutin、suberine和wax生物合成通路在耐盐品种中上调而在盐敏感品种中下调。苯丙烷生物合成通路在盐敏感品种的上调和下调基因中均富集，而在耐盐品种中仅在下调基因中富集。这些通路差异揭示了耐盐品种独特的代谢调控网络。

Validation by qPCR

随机选择8个DEGs进行qPCR验证，包括HORVU.MOREX.r3.7HG0732460等基因。尽管仅两个基因表达差异显著，但所有基因的上调和下调趋势与mRNA-seq数据一致（图5），证实了转录组数据的可靠性。

研究结论表明，耐盐裸大麦地方品种通过下调转运蛋白和通道基因减少Na⁺内流和养分外排，并调控MAPK信号、谷胱甘肽代谢、维生素B₆代谢、植物激素信号转导等通路应对盐胁迫。鉴定出的特异DEGs（如HORVU.MOREX.r3.2HG0206960）可作为耐盐候选基因。该研究不仅丰富了裸大麦耐盐分子机制，也为耐盐作物育种提供了重要基因资源和理论依据。