不同pH条件下蓝莓全长转录组分析揭示耐高pH土壤的关键分子机制

本研究针对蓝莓在高pH土壤中生长受限的产业难题，通过全长转录组测序（ONT）技术，对比分析耐高pH品种Reka与敏感品种Spartan在pH 4.5和6.5处理下的基因表达差异。研究发现Al、Fe、K等元素吸收相关基因及植物激素信号通路（如AUX/IAA家族）的调控差异，并通过WGCNA鉴定出糖苷水解酶家族、膜转运蛋白等关键枢纽基因，为蓝莓耐碱性育种提供分子靶点。成果发表于《BMC Plant Biology》，对拓展蓝莓种植区域和降低土壤改良成本具有重要意义。

　　

蓝莓作为具有“超级水果”美誉的经济作物，其生长最适土壤pH范围为4.0-5.5，当pH>6时会出现叶片黄化、根系发育受阻等问题。传统土壤酸化处理成本高昂且易造成环境污染，培育耐高pH品种是根本解决方案。然而，蓝berry耐碱分子机制尚不明确，尤其缺乏对关键元素吸收和信号通路的系统性解析。

为解决这一问题，大连理工大学联合辽宁省农业科学院的研究团队选取遗传背景相似但耐碱性差异显著的蓝莓品种Reka（耐高pH）和Spartan（敏感型），通过水培实验模拟pH 4.5（对照）和6.5处理条件，结合牛津纳米孔全长转录组测序（ONT）和元素含量分析，揭示了蓝berry响应高pH胁迫的分子网络。研究采用ICP-MS测定根叶中Al、Fe等元素含量，通过DESeq2筛选差异表达基因（DETs），并利用WGCNA构建共表达模块。

营养元素含量变化
元素分析显示，高pH下Reka根部Al、Fe含量显著高于叶片（P<0.05），而敏感品种Spartan的K、N元素转运效率降低。这提示耐碱品种可能通过增强根系对金属离子的螯合能力维持营养平衡。

全长转录组特征
ONT测序获得131,143条转录本，包含18,193个新转录本和887个长链非编码RNA（lncRNA）。PCA分析证实样本按处理条件聚类（PC1解释88.7%变异），Reka在高pH下表现出更强烈的转录组重编程，其根中差异基因数量（7,763个）是Spartan的2.6倍。

关键通路与转录因子
KEGG分析发现Reka通过氨基酸生物合成、黄酮代谢等通路响应胁迫，而Spartan依赖脂肪酸降解途径。特别值得注意的是：

• 11个Al响应基因（如ALMTs）和7个Fe调控基因在Reka根中特异性高表达
• MYB和bHLH家族转录因子（如maker-VaccDscaff12-augustus-gene-130.27）在耐碱品种中显著激活
• 生长素信号通路关键组分（AUX1、GH3）表达模式呈现品种间差异

WGCNA枢纽基因
共表达网络鉴定出30个核心基因，包括：

• 糖苷水解酶家族（参与细胞壁重塑）
• 膜转运蛋白（可能调控离子稳态）
• 脂质转移蛋白（响应氧化应激）
  铜结合蛋白和AUX/IAA家族基因的富集，暗示ROS清除和激素调控在耐碱性中的协同作用。

这项研究首次绘制了蓝berry全长转录组在高pH胁迫下的动态图谱，发现耐碱品种通过“元素螯合-激素信号-细胞壁修饰”三位一体的分子机制适应碱性环境。鉴定出的枢纽基因为分子标记辅助育种提供了新靶点，对实现蓝莓在非适宜土壤的规模化种植具有重要实践价值。成果发表于《BMC Plant Biology》，为其他酸性偏好作物的抗逆研究提供了范式。