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在土壤盐渍化严重影响农业生产的背景下，研究人员开展了不同棉花基因型对盐胁迫及复水响应的研究。通过对耐盐和盐敏感棉花进行处理分析，发现复水对耐盐棉花恢复效果更好，并筛选出关键耐盐基因。该研究为棉花耐盐育种提供理论依据。
土壤盐渍化已成为全球重要的生态难题，严重威胁农业活动与粮食安全。在中国，新疆地区由于特殊的地理气候条件，土壤盐渍化问题尤为突出。棉花作为重要的经济作物，在盐碱地开发利用中占据重要地位。然而，高盐胁迫严重阻碍棉花的生长发育，导致产量和纤维品质下降。此前虽有不少关于棉花耐盐性的研究，但对于棉花在盐胁迫及复水后的生理和分子机制仍缺乏深入了解。因此，开展此项研究对于揭示棉花耐盐机制、培育耐盐棉花品种具有重要意义。
新疆农业大学的研究人员针对不同棉花基因型对盐胁迫及复水的响应展开研究。研究结果对于深入理解棉花耐盐机制、挖掘耐盐基因以及培育耐盐棉花品种具有重要意义，相关成果发表在《BMC Plant Biology》上。
研究人员主要运用了以下关键技术方法：一是选用两种盐耐受性差异显著的棉花基因型，长江流域的 52–128（盐敏感型，SS）和黄河流域的京四棉（耐盐型，ST）进行实验；二是利用 RNA 测序（RNA-seq）技术对不同处理下棉花叶片进行转录组分析；三是通过加权基因共表达网络分析（WGCNA）构建基因共表达网络，筛选关键基因。
研究结果
- 表型观察：对三叶期棉花用 200 mM NaCl 溶液处理后观察发现，盐胁迫下，ST 和 SS 植株的叶片和茎逐渐变软，子叶严重萎蔫，SS 植株变化更明显。复水 48 小时后，ST 生长状况缓解，而 SS 真叶仍萎蔫。
- 生理响应：盐胁迫影响棉花正常生长发育，使 ST 和 SS 植株丙二醛（MDA）浓度显著增加，叶绿素含量、超氧化物歧化酶（SOD）活性和过氧化物酶（POD）活性下降。复水后，ST 的 MDA 浓度未变，SS 仍增加；ST 和 SS 的叶绿素含量均有所恢复，但 ST 恢复效果更好；ST 清除活性氧的能力强于 SS，复水后 ST 的 SOD 和 POD 活性恢复情况也优于 SS。
- 叶片微观结构：盐胁迫使 ST 和 SS 幼苗叶片切片染色加深，微观结构排列变松散，泡状细胞形状改变，栅栏组织和海绵组织细胞排列疏松，叶片变软。复水后，ST 叶片逐渐恢复正常，而 SS 叶片厚度、栅栏组织厚度和海绵组织厚度仍显著低于对照。
- 转录组测序分析：对不同处理的棉花叶片进行 RNA-seq 测序，获得高质量数据。分析发现，ST 和 SS 在不同环境下基因表达模式差异明显。GO 和 KEGG 富集分析表明，棉花对盐胁迫的响应及对复水的适应与光合作用（ko 00195）、光合作用天线蛋白（ko 00196）、植物激素信号转导（ko 04075）等多条通路相关。此外，ST 和 SS 应对盐胁迫及复水的通路存在差异，如 ST 通过碳固定等通路应对盐胁迫，通过甘油酯代谢等通路适应复水；SS 则通过脂肪酸降解等通路抵抗盐胁迫，通过植物 - 病原体相互作用等通路缓解盐胁迫损伤。
- 盐胁迫对光合作用和碳代谢相关基因的影响：盐胁迫抑制了棉花中 “碳固定” 和 “光合作用” 通路关键酶基因的表达，减少碳同化，导致叶片结构和功能受损。复水后，ST 中相关基因表达水平恢复正常，而 SS 中相关基因仍下调。
- ST 在盐胁迫和复水条件下对植物激素信号的调控：ST 在盐胁迫和复水条件下，通过调节生长素（AUX1）、赤霉素（GID1）和细胞分裂素相关基因的表达，促进棉花植株生长和恢复，而 SS 的相关基因表达在复水后仍未恢复正常。
- 植物生物钟基因对盐胁迫和复水的响应：KEGG 分析显示，ST 在盐胁迫和复水条件下，“植物昼夜节律” 通路富集。ST 和 SS 中部分生物钟基因在盐胁迫下表达增加，复水后下降，但 SS 的基因表达水平整体较低。
- MAPK 信号通路对盐胁迫的响应：盐胁迫改变了 ST 和 SS 中多数 MAPK 相关基因的表达，复水后，ST 中多数基因恢复正常，而 SS 中部分基因仍处于激活状态。
- WGCNA 分析：通过 WGCNA 构建共表达网络，发现灰色模块与 SS 复水相关性最大。从该模块筛选出 5 个关键基因，即 GH_A01G1528、GH_A08G2688、GH_D08G2683、GH_D01G1620 和 GH_A10G0617，这些基因可能在植物应对盐胁迫中发挥重要作用 。
研究结论与讨论
研究表明，盐胁迫影响棉花的生理生化水平，导致细胞和组织的结构变化。复水对缓解盐胁迫对棉花的影响有一定效果，且对耐盐棉花 ST 的恢复作用更显著。通过转录组分析，鉴定出大量与盐胁迫和复水相关的差异表达基因（DEGs），并揭示了不同棉花基因型应对盐胁迫及复水的代谢通路差异。此外，WGCNA 分析筛选出的关键基因，为进一步研究棉花耐盐机制提供了重要靶点。
该研究系统地从生理、生化、微观结构和转录组水平分析了不同棉花基因型对盐胁迫及复水的响应，为深入理解棉花耐盐机制提供了全面的数据支持，也为培育耐盐棉花品种提供了理论依据和潜在的基因资源，对推动棉花产业在盐碱地的可持续发展具有重要意义。
