《Plant Gene》：Integrative leaf transcriptomic and physiological insights into salt stress responses in
Eucalyptus: A comparative analysis of two contrasting clones
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盐胁迫下桉树B-112与W-12生理及转录组响应比较研究。B-112在80天盐胁迫（EC≥20 dS/m）下保持较高光合速率、气孔导度及水分利用效率，转录组分析显示其激活ABA、乙烯及MAPK信号通路，富集于抗氧化、碳代谢及蛋白折叠通路，上调脱水蛋白（DHN1）、 expansins等关键基因。W-12则出现广泛基因表达失调，包括泛素化及囊泡运输基因异常，光合相关基因显著下调。qRT-PCR验证结果与RNA-seq一致，揭示B-112通过精准转录重编程维持盐耐受性，而W-12表现为被动应激反应。该研究为桉树耐盐分子育种提供新靶点。
Ravita Tadiya|Santan Barthwal|Harish Singh Ginwal|Hukum Singh|Fateh Singh
印度北阿坎德邦德赫拉敦森林研究所遗传与树木改良部门
摘要
盐度严重限制了森林的生产力；然而，桉树的耐盐机制的分子基础仍不清楚。我们研究了一种耐盐克隆（B-112）和一种盐敏感克隆（W-12）在80天高盐度（EC ≥ 20 dS/m）条件下的生理和转录组反应。两种克隆的光合作用、气孔导度、内部CO?浓度和蒸腾作用都有所下降，但B-112的下降程度明显较小，表明其具有更强的生理恢复力。RNA-seq分析显示，B-112中有1025个基因发生了靶向重编程，而W-12则有14,994个基因发生了广泛但协调性较差的反应。在B-112中，富集分析突出了脱落酸（ABA）和乙烯信号通路、丝裂原活化蛋白激酶（MAPKs）级联、碳水化合物代谢、抗氧化防御和蛋白质折叠途径的强烈激活。关键的盐响应基因包括脱水素（DHN1）、乙烯响应因子（ERFs）、铜氧化还原蛋白和膨胀蛋白，这些基因参与了渗透调节、细胞壁修饰和应激信号传导。相比之下，W-12中泛素化和囊泡运输基因的表达显著上调，同时光合作用和叶绿体相关过程受到抑制，这表明其反应更多是损伤引起的而非适应性反应。qRTPCR验证结果与RNA-seq结果高度一致。综上所述，B-112通过主动和有针对性的转录组重编程维持了耐盐性，而W-12则表现出反应性的应激响应，为在盐碱环境中培育和遗传改良桉树提供了候选目标。
引言
土壤盐碱化是一个日益严重的全球性问题，它通过限制植物生长、生产力和存活能力影响农业和林业系统。全球约20%的耕地和超过30%的灌溉区域受到盐碱化的影响，这凸显了开发具有更强耐盐性的作物和树木的迫切需求（Munns和Tester，2008；Deinlein等人，2014；Singh，2016）。桉树是一个包含700多个物种的多样化属，因其快速生长、适应性强以及在木材、生物质和纸浆产业中的高经济价值而被广泛种植（Dagar等人，2016a；Dagar等人，2016b；Malakar，2024）。然而，逐渐加剧的土壤盐碱化对种植园的可持续性构成了严重挑战，特别是在半干旱和沿海地区，离子毒性、渗透不平衡和养分紊乱会阻碍对生长至关重要的生理和分子过程（Shabala和Munns，2017）。
植物的耐盐性涉及多种响应的复杂相互作用，包括离子稳态、适宜溶质的渗透调节、抗氧化防御和激素信号传导。这些过程由复杂的调控网络控制，涉及差异性基因表达、信号级联和代谢重编程（Hasegawa等人，2000；Munns和Tester，2008）。比较转录组学方法为区分耐盐和敏感基因型提供了宝贵的机会，从而加速了候选基因和改良途径的鉴定。
已知桉树克隆在应对盐碱环境方面的反应存在显著差异（Nasim等人，2007；Cha-um等人，2013）。在我们之前的大规模筛选研究（Ravita等人，2022）中，根据生理（气体交换、叶绿素含量和水分利用效率）、生化（脯氨酸和糖积累）和形态特征评估了50个克隆。基于灰关联分析（GRA）的排名显示，B-112克隆表现出更强的耐盐性，在盐碱条件下仍能维持光合作用、渗透调节和叶绿素稳定性。相比之下，W-12克隆是最敏感的克隆之一，表现出早期黄化、光合作用活性降低和生长受阻。基于这一可靠的统计证据，B-112和W-12被选为本研究中详细转录组分析的对比模型基因型。
我们将叶片转录组数据与生理学见解相结合，以探讨桉树耐盐性的分子基础。具体而言，我们的目标是：（i）表征耐盐克隆（B-112）和盐敏感克隆（W-12）的差异基因表达谱；（ii）识别与应激反应相关的基因本体（GO）分类和KEGG通路；（iii）提出涉及离子运输、激素信号传导和代谢重编程的调控机制，以解释两种克隆之间的差异。
实验设计
在我们之前的研究（Ravita等人，2022）中，我们对50个桉树克隆在高盐度胁迫（120 mM NaCl + 50 mM Na?SO?；EC ≥ 20 dS m?1）条件下进行了全面筛选，评估了它们的生理、形态和生化特征。进一步通过灰关联分析（GRA）确定了14个耐盐克隆和10个盐敏感克隆。从这些对比组中，选择了B-112克隆（E. camaldulensis）作为耐盐克隆，W-12克隆（E. grandis）作为盐敏感克隆
对盐胁迫的生理响应
在对照组和盐胁迫条件下，系统测量了耐盐克隆B-112和盐敏感克隆W-12的关键生理参数，包括光合速率、气孔导度、内部CO?浓度和蒸腾速率。经过80天的盐胁迫后，所有参数均显著下降（P < 0.05），两种克隆之间存在显著差异（图1）。在对照组中，B-112的光合速率增加了31%
耐盐性：生理学见解
生理数据表明，耐盐克隆B-112在盐碱条件下保持较高的光合速率、气孔导度、内部CO?浓度和蒸腾作用，优于敏感克隆W-12。气体交换的较小降幅表明B-112能够有效调节气孔，维持光系统活性，并在渗透和离子胁迫下实现更好的水分利用效率。这种保持碳同化的能力符合相关理论
结论
本研究证明，桉树克隆B-112通过持续的生理表现和有针对性的转录组重编程表现出强耐盐性，而W-12克隆则表现出广泛的应激诱导抑制和更高的敏感性。通过整合生理和分子分析，我们识别出与耐盐性相关的候选基因和通路。B-112克隆成为在盐碱土壤中育种和种植的潜在资源，有助于实现可持续发展
CRediT作者贡献声明
Ravita Tadiya：撰写——原始草稿、数据可视化、验证、方法学设计、实验实施、数据管理。Santan Barthwal：撰写——审稿与编辑、监督、资源获取、资金争取。Harish Singh Ginwal：撰写——审稿与编辑、监督、概念构思。Hukum Singh：撰写——审稿与编辑、数据可视化、正式分析。Fateh Singh：撰写——审稿与编辑、数据验证、软件应用、正式分析。
利益冲突声明
作者声明以下可能被视为潜在利益冲突的财务利益/个人关系：
Santan Barthwal表示获得了印度林业研究与教育委员会（ICFRE）的财务支持。如果还有其他作者，他们声明没有已知的可能影响本文工作的财务利益或个人关系。
致谢
作者衷心感谢印度林业研究与教育委员会（ICFRE）提供完成这项工作所需的资金（项目编号：FRI-643/G&TP-37）。
