盐胁迫下柽柳根系转录组分析揭示关键通路与时间特异性响应机制

本研究针对盐胁迫下木本盐生植物响应机制的时空动态特征不明晰这一科学问题，通过300 mM NaCl处理柽柳(Tamarix chinensis)根系12/24/48小时，采用Illumina HiSeqTM 4000平台进行转录组测序。鉴定到4452-5222个差异表达基因(DEGs)，发现bHLH/MYB/NAC等转录因子及氧化应激相关基因在12小时呈现特异性高表达，KEGG分析显示核糖体通路持续富集。研究为解析木本盐生植物耐盐机制提供了关键基因资源，对盐碱地作物分子育种具有重要指导意义。

　　

在全球耕地盐渍化日益严重的背景下，土壤盐分已成为制约农作物生长的主要环境胁迫因素之一。据预测，到2050年全球50%的耕地将面临盐渍化威胁。盐胁迫通过破坏离子平衡、诱导渗透胁迫和活性氧(ROS)积累等机制抑制植物生长，而木本盐生植物因其独特的耐盐机制成为研究热点。柽柳(Tamarix chinensis)作为典型盐生树种，能在含盐量1%的土壤正常生长，但其响应盐胁迫的分子机制尤其是时空动态特征仍不明确。

山东省蚕业研究所烟台植物干细胞定向育种工程技术研究中心的研究团队在《Plant Growth Regulation》发表最新成果，通过时间序列转录组分析揭示了柽柳根系响应盐胁迫的关键分子通路。研究采用300 mM NaCl处理柽柳幼苗12/24/48小时，利用Illumina HiSeqTM 4000平台进行转录组测序，通过DESeq2进行差异基因分析，GO和KEGG进行功能注释，并采用RT-qPCR验证关键基因表达模式。

主要技术方法包括：1) 300 mM NaCl时间梯度处理建立盐胁迫模型；2) Illumina HiSeqTM 4000高通量测序技术；3) DESeq2软件进行差异表达基因筛选(|log2FC|>2且q<0.005)；4) GOseq和KOBAS进行功能富集分析；5) 随机选择11个DEGs进行RT-qPCR验证。

研究结果主要包括：

1. DEGs数量与时空分布特征

   在12/24/48小时分别鉴定到4452/4836/5222个DEGs，根系响应最显著。随时间推移，上调基因从12小时的1497个降至48小时的588个，而下调基因从2955个增至4634个。1412个DEGs在三个时间点共同差异表达，其中64个持续上调。

1. 功能富集分析

   GO分析显示12小时特异性富集"催化活性"和"单有机物代谢"，48小时主要富集"代谢过程"。KEGG分析发现"核糖体"通路持续富集，12小时特异性富集"植物-病原互作"和"苯丙烷生物合成"通路，24/48小时则显著富集"内质网蛋白加工"和"氧化磷酸化"通路。

1. 转录因子调控网络

   鉴定到bHLH、Dof、MYB和NAC等13个TF家族的差异表达，其中多数在12小时呈现上调表达。特别是bHLH和MYB家族成员可能通过调控下游靶基因参与早期盐胁迫响应。

2. 氧化应激与糖代谢机制

   21个ROS清除相关基因在12小时显著上调，包括SOD(超氧化物歧化酶)、CAT(过氧化氢酶)和ACOX(酰基辅酶A氧化酶)等。糖代谢通路中9个淀粉和蔗糖代谢基因、14个果糖和甘露糖代谢基因在早期胁迫响应中激活。

研究结论表明柽柳通过多层级调控网络应对盐胁迫：1) 早期(12小时)激活TF调控网络和ROS清除系统；2) 中期(24小时)启动蛋白质加工和内质网应激通路；3) 后期(48小时)下调多数代谢相关基因。特别值得注意的是，氧化应激和糖代谢相关基因的早期特异性表达模式，以及核糖体通路的持续激活，可能是木本盐生植物耐盐的关键特征。

该研究首次系统揭示了柽柳根系响应盐胁迫的时空动态转录图谱，不仅为理解木本植物耐盐机制提供了新视角，其鉴定的bHLH/MYB等关键转录因子和抗氧化基因更为作物耐盐分子育种提供了优质候选基因。研究成果对开发利用盐碱地资源、保障粮食安全具有重要实践意义。