盐碱胁迫下黄花苜蓿（Medicago falcata L.）育种系差异表达基因的转录组解析与耐盐碱机制研究

为解决盐碱胁迫抑制作物生长和降低产量的问题，研究人员通过RNA-seq技术分析了耐盐碱黄花苜蓿育种系LM18和盐碱敏感品种HL的差异表达基因（DEGs），结合生理指标（如叶绿素含量、脯氨酸积累和SOD活性）评估，揭示了LM18通过激活苯丙烷生物合成、植物激素信号转导等通路及ERF、MYB等转录因子家族，形成更高效的耐盐碱机制。该研究为耐盐碱作物育种提供了关键靶点和理论依据。

　　

论文解读

背景与问题
全球盐碱地面积已超过10亿平方公里，且持续扩张，严重威胁农业生产。盐碱胁迫通过离子毒性、渗透压失衡和氧化损伤等机制抑制植物生长，而黄花苜蓿（Medicago falcata L.）作为耐盐碱的优质牧草，其分子调控机制尚不明确。传统研究多聚焦中性盐（NaCl），对碱性盐（Na₂CO₃/NaHCO₃）的响应机制知之甚少。黑龙江省畜牧兽医分院的研究团队通过比较耐盐碱育种系LM18与敏感品种HL的转录组和生理响应，旨在揭示黄花苜蓿耐盐碱的关键基因和通路。

研究方法
研究采用150 mM NaHCO₃/Na₂CO₃（9:1）处理LM18和HL幼苗（0、1、6、12 h），通过RNA-seq技术（NovaSeq X Plus平台）分析DEGs，结合WGCNA构建共表达网络。生理指标包括叶绿素、脯氨酸、SOD、MDA等测定，并通过PCA和隶属函数评估耐盐性。

研究结果

1. 盐碱胁迫下DEGs的鉴定与功能分析
LM18和HL分别检测到10,289和2,478个DEGs，其中788个为共有基因。GO分析显示LM18的DEGs显著富集于“渗透胁迫响应”（GO:0006970）和“抗氧化活性”（GO:0004601）。KEGG分析表明，LM18的DEGs主要参与苯丙烷生物合成（208个基因）和植物激素信号转导通路，而HL仅富集于异黄酮生物合成（27个基因）。

2. 生理响应与耐盐性评估
LM18的叶绿素和脯氨酸含量在胁迫6 h达峰值，SOD活性持续升高，且GSH含量始终高于HL。PCA显示可溶性蛋白和MDA是耐盐性关键指标，隶属函数分析证实LM18耐盐性显著优于HL。

3. WGCNA与核心基因挖掘
MEturquoise模块（2,112个基因）与盐碱胁迫及生理指标强相关，其中MS.gene64536（MYBP）、MS.gene76249（SRM1）和MS.gene049843（MPK3）作为枢纽基因，通过调控“盐胁迫正响应”（GO:0043141）和MAPK信号通路增强耐盐性。

4. 转录因子家族调控网络
ERF（131个）、MYB（57个）和WRKY（60个）是主导盐碱响应的TF家族。LM18特有的489个TF基因（如MYBP）可能通过激活下游抗氧化和离子转运基因，形成更高效的防御体系。

结论与意义
该研究首次系统解析了黄花苜蓿耐盐碱的转录组和生理机制，发现LM18通过多通路协同（如苯丙烷代谢、MAPK信号）及ERF/MYB转录调控网络实现高效胁迫适应。核心基因MYBP和MPK3的鉴定为分子育种提供了靶点，而WGCNA模块分析为复杂性状研究提供了新思路。论文发表于《BMC Plant Biology》，为盐碱地农业开发提供了理论和实践依据。