盐生植物碱蓬(Suaeda japonica)高盐胁迫下的生理与转录组机制解析：叶片与根系耐盐关键基因的发现

本研究针对全球土壤盐渍化威胁农业生产的严峻问题，以日本特有盐生植物碱蓬(S. japonica)为对象，通过生理指标测定和de novo RNA-seq技术，系统揭示了其在600 mM NaCl胁迫下的离子平衡、渗透调节和ROS清除机制。研究发现NHX、SOS1等离子转运基因与bHLH、NAC等转录因子协同调控，通过激活ABA信号通路、淀粉代谢和谷胱甘肽抗氧化系统实现耐盐性，为作物耐盐育种提供了重要靶基因。论文发表于《Journal of Plant Growth Regulation》。

　　

随着全球土壤盐渍化加剧，约20%耕地和33%灌溉农田受到盐害威胁，严重制约着粮食安全。传统作物如水稻在80 mM NaCl下即减产50%，而盐生植物却能在200-500 mM高盐环境中繁茂生长。日本碱蓬(S. japonica Makino)作为藜科真盐生植物，具有典型的肉质化叶片和极端耐盐特性，但其分子机制尚未阐明。这项研究通过整合生理学和转录组学方法，揭示了该物种在离子平衡、渗透保护和氧化防御方面的独特适应策略。

研究人员采用水培实验系统，设置0-600 mM NaCl梯度处理28天，测定生长参数、离子含量(Na⁺/K⁺)、渗透物质(脯氨酸、可溶性糖)和抗氧化酶活性(APX、POD)。选取600 mM处理24小时的叶片和根组织进行de novo RNA-seq，使用Trinity组装和DEGseq2分析差异基因，通过GO和KEGG富集鉴定关键通路，qRT-PCR验证候选基因。样本来自广岛大学温室培养的均一化幼苗。

生理响应特征显示，100 mM NaCl促进生长(株高47.2 cm)，600 mM时仍能存活但生物量下降。叶片Na⁺积累量达132.4 mg/gDW，为根的7.9倍，伴随K⁺含量降低。渗透调节物质呈现剂量依赖性增加，600 mM时脯氨酸升高54倍，可溶性糖增加2.5倍，MDA含量却低于对照，APX和POD活性分别提升2.2倍和1.9倍，表明有效的ROS清除能力。

转录组分析鉴定到叶片8695个DEGs(4452上调)和根部9424个DEGs(5690上调)。关键发现包括：

1. 1.

   转录因子调控网络：bHLH、AP2-EREBP、bZIP等7类TF家族显著激活，如bHLH156(log2FC=8.3)和NAC型转录因子，共同调控下游应激响应基因。

2. 2.

   离子动态平衡：叶片特异性高表达NHX1(log2FC=1.55)和NHX4(log2FC=5.61)，促进液泡Na⁺区隔化；根中SOS1(CIPK24-CBL4模块)介导Na⁺外排。K⁺稳态相关基因AKT1、KUP7(log2FC>10)和TPK家族同步上调。

3. 3.

   渗透保护系统：淀粉代谢通路中SUS、TPS、INV等基因激活，促进可溶性糖积累；P5CS基因使脯氨酸合成增加7.32倍；LEA1(叶片log2FC=12.24)和LEA3(根log2FC=5.39)保护细胞结构。

4. 4.

   氧化应激防御：谷胱甘肽代谢通路GSTU9表达量提升10倍，过氧化物酶体途径CAT、PEX7协同作用，与生理数据中APX/POD活性增强相互印证。

这项研究首次系统阐明了S. japonica的多层次耐盐机制：通过bHLH等转录因子重构基因网络，激活NHX-SOS离子转运体系维持Na⁺/K⁺平衡；借助糖代谢和脯氨酸合成实现渗透调节；依托GST和过氧化物酶体通路清除ROS。特别值得注意的是叶片优先的Na⁺区隔化策略与根部离子排斥机制的时空分工，为理解真盐生植物的进化适应提供了新视角。发现的NHX4、TIP3-2等34个核心基因可作为作物耐盐改良的候选靶点，其中ABCC10转运体与ABA信号偶联的调控模式尤为值得关注。该成果不仅丰富了植物盐适应理论，也为利用极端环境植物遗传资源应对粮食安全挑战提供了分子工具箱。