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本研究通过多组学分析，揭示了苦草（Ruppia sinensis）在不同盐度条件下的适应机制，为理解水生植物耐盐机制提供了新见解，具有重要的生态和应用价值。
苦草（Ruppia sinensis）是一种广泛分布于中国沿海和内陆水域的水生植物，具有极强的耐盐能力。然而，其在盐度波动下的适应机制尚不清楚。为此，武汉大学梁子湖淡水生态系统国家野外科学观测研究站的研究人员开展了多组学分析研究，揭示了苦草在低、中、高盐度条件下的关键调控防御途径和代谢物变化，为理解水生植物的耐盐机制提供了重要依据。
水生植物在潮间带环境中面临着盐度的剧烈波动，维持细胞水平衡是其生存的关键。苦草作为一种耐盐能力极强的水生植物，能够通过调节离子浓度和积累有机渗透物质来维持细胞水平衡。然而，其分子机制尚不清楚。为了深入探究苦草的耐盐机制，研究人员利用转录组学、蛋白质组学和代谢组学技术，分析了苦草在不同盐度条件下的生理变化、基因表达、蛋白质积累和代谢物变化。
研究人员首先对苦草进行了盐度处理实验，设置了低盐（0 PPT）、中盐（14 PPT）和高盐（28 PPT）三个处理组。通过测定生理指标，发现苦草在高盐条件下显著增强了抗氧化酶（如过氧化氢酶（CAT）、过氧化物酶（POD）和超氧化物歧化酶（SOD））的活性，同时丙二醛（MDA）和可溶性蛋白（SP）含量也显著增加，而叶绿素（Chl）含量则降低。这些结果表明，苦草通过增强抗氧化酶活性来应对盐胁迫，减少氧化损伤。
在转录组分析中，研究人员共获得超过7.16亿条原始测序数据，鉴定出44,200个表达基因。在中盐与低盐、高盐与中盐的比较组中，分别鉴定出2,908和6,623个差异表达基因（DEGs）。这些基因主要富集在酚丙生物合成（phenylpropanoid biosynthesis, ko00940）、氮代谢（nitrogen metabolism, ko00910）、植物激素信号转导（plant hormone signal transduction, ko04075）等代谢途径中。这些结果表明，苦草在盐胁迫下通过调控基因表达来激活抗氧化防御系统和渗透调节机制。
蛋白质组学分析鉴定出5,043个蛋白质，其中在中盐与低盐、高盐与中盐的比较组中分别有1,139和1,268个差异积累蛋白（DAPs）。这些蛋白主要分布在细胞质、叶绿体、细胞核、液泡、线粒体和高尔基体等亚细胞结构中，其中超过50%的DAPs定位于叶绿体和细胞质。这表明苦草的耐盐适应可能与这两个细胞结构密切相关。此外，DAPs在酚丙生物合成途径及其下游的黄酮生物合成途径中显著富集，进一步证实了该途径在苦草耐盐机制中的关键作用。
代谢组学分析鉴定出正离子模式下875个代谢物和负离子模式下377个代谢物。在中盐与低盐、高盐与中盐的比较组中，分别有225和239个代谢物上调，167和213个代谢物下调。这些差异代谢物主要富集在酚丙生物合成途径中，黄酮类化合物的比例从8.43%增加到23.26%，成为差异代谢物中最大的类别。这表明黄酮类化合物在苦草适应盐度波动中发挥了重要作用。
研究人员进一步整合转录组学和代谢组学数据，发现苦草在盐胁迫下通过激活酚丙代谢途径，产生更多的黄酮类化合物，从而增强抗氧化能力和渗透调节能力。黄酮类化合物不仅可以直接清除活性氧（ROS），还能调节离子平衡，增强细胞壁结构，帮助苦草在高盐环境中维持细胞稳态。
综上所述，本研究通过多组学分析揭示了苦草在盐度波动下的适应机制，强调了酚丙代谢途径在苦草耐盐机制中的关键作用。这些发现不仅为理解水生植物的耐盐机制提供了新的视角，也为保护和管理海洋生态系统提供了重要的科学依据。
