马铃薯耐盐种质资源筛选及盐胁迫下选择性多聚腺苷酸化（APA）动态变化的调控机制研究

为解决土壤盐渍化严重影响马铃薯生产的问题，研究人员开展了耐盐马铃薯种质资源筛选及盐胁迫下选择性多聚腺苷酸化（Alternative Polyadenylation, APA）动态变化的研究。通过组织培养技术筛选出9份盐敏感和7份耐盐种质，发现耐盐种质具有更强的活性氧（ROS）清除能力和离子平衡能力；利用TAIL-seq技术首次揭示了盐胁迫诱导马铃薯发生全局性APA动态变化，导致3′ UTR平均延长25 bp，并鉴定出5个可能通过APA响应盐胁迫的候选基因。该研究为解析马铃薯耐盐分子机制提供了新视角，对耐盐马铃薯品种培育具有重要意义。

　　

土壤盐渍化已成为影响农业生产最突出的非生物胁迫之一，全球盐渍土面积达8.33亿公顷。作为世界第三大粮食作物，马铃薯对盐胁迫表现出高度敏感性，严重制约其产量和品质。然而，目前马铃薯耐盐遗传资源有限，遗传背景狭窄，严重限制了耐盐马铃薯品种的选育。同时，选择性多聚腺苷酸化（Alternative Polyadenylation, APA）作为基因表达的关键调控机制，显著影响植物生长和胁迫响应，但APA在马铃薯响应盐胁迫中的作用仍不清楚。

为了解决这些问题，研究人员在《Horticultural Plant Journal》上发表了最新研究成果。该研究首先通过组织培养技术对81份国内外马铃薯种质资源进行耐盐性评价，筛选出9份盐敏感和7份耐盐种质；进而利用TAIL-seq技术对耐盐材料Morocco 1和盐敏感材料青薯9号的根和叶片在对照和盐胁迫条件下的APA事件进行全基因组表征；通过生理指标测定、离子含量分析、石蜡切片等技术验证耐盐种质的生理特性；最后通过生物信息学分析筛选出可能通过APA响应盐胁迫的候选基因。

研究团队运用了多项关键技术：通过组织培养技术进行耐盐种质筛选；利用TAIL-seq（全长转录组测序）技术分析poly(A)位点；采用生理生化指标测定（H₂O₂、MDA、脯氨酸含量及POD、SOD、CAT活性）；使用电感耦合等离子体仪器进行离子含量分析；通过石蜡切片技术观察叶片解剖结构；运用生物信息学方法进行差异基因表达分析、GO富集分析和qRT-PCR验证。

3.1. 马铃薯种质资源耐盐性评价

通过对81份马铃薯种质资源进行耐盐性评价，发现低浓度盐胁迫（30 mmol·L^-1 NaCl）促进耐盐种质生长，而高浓度盐胁迫（120 mmol·L^-1 NaCl）抑制所有材料生长。通过主成分分析和聚类分析，最终筛选出9份盐敏感和7份耐盐种质。盆栽试验表明耐盐种质在盐胁迫下植株活力下降程度较小。

3.2. 耐盐种质表现出增强的ROS清除能力

耐盐种质在盐胁迫下具有更高的抗氧化酶（POD、SOD、CAT）活性和脯氨酸含量，而MDA含量增加较小。DAB染色显示盐敏感种质H₂O₂含量增加更显著。离子含量分析表明耐盐种质具有更好的离子调控能力，Na⁺/K⁺比显著低于盐敏感种质。

3.3. 极端耐盐种质叶片解剖结构鉴定

石蜡切片分析发现耐盐种质Morocco 1在盐胁迫后栅栏组织厚度显著增加，而盐敏感种质青薯9号无显著变化。耐盐种质的PT/ST（栅栏组织/海绵组织厚度比）在盐胁迫后增加，表明其具有更强的盐胁迫适应能力。

3.4. 盐胁迫下马铃薯poly(A)位点特征

TAIL-seq鉴定出51,476个PAC（poly(A)簇），分布在16,490个基因中，其中76.04%的基因具有两个或多个poly(A)位点。PAT（poly(A)标签）主要分布在3′ UTR区域（87.13%）。盐胁迫改变了PAT的分布，耐盐种质叶片中3′ UTR分布增加，而盐敏感种质显著减少。

3.5. APA影响马铃薯盐胁迫响应的调控

盐胁迫下，DE-PAC（差异表达PAC）和DE-APA（差异表达APA）主要分布在3′ UTR区域，根中的数量高于叶片。盐敏感种质比耐盐种质具有更多的DE-PAC和DE-APA基因。Venn分析发现耐盐和盐敏感种质间仅有少量APA基因重叠，表明两者在盐胁迫下的基因调控存在显著差异。

3.6. 盐胁迫导致马铃薯mRNAs的3′ UTR延长

盐胁迫诱导了全局性APA动态变化，导致3′ UTR延长。3′ UTR延长基因平均延长25 bp，而缩短基因平均缩短52 bp。3′ UTR缩短基因在叶片中更普遍，而延长基因在根中更丰富。GO分析表明耐盐种质中3′ UTR延长基因富集于离子运输和信号传导途径。

3.7. 参与APA响应盐胁迫的马铃薯基因表达分析

3′ UTR延长基因在盐敏感种质叶片和耐盐种质根中表达水平显著增加。Venn分析发现耐盐种质根中有45.69%的候选基因通过APA响应盐胁迫。重叠基因集显著富集于H₂O₂代谢、谷胱甘肽合成、生长素合成和细胞壁生物合成途径。

3.8. 候选耐盐基因筛选

通过DEG和APA的Venn分析，筛选出5个耐盐候选APA基因：NAC044、WRKY70、WSD1-like、PICC和MYB12。这些基因在耐盐种质中表现出组织特异性表达模式，并且其poly(A)位点使用在盐胁迫下发生显著变化。

研究结论表明，耐盐种质通过增强ROS清除能力、维持离子平衡和改变叶片解剖结构来提高耐盐性。盐胁迫诱导马铃薯发生全局性APA动态变化，导致3′ UTR延长，且盐敏感种质比耐盐种质具有更多的APA基因。耐盐种质中APA基因与ROS清除和离子运输相关，而盐敏感种质中APA基因主要与代谢途径相关。最后筛选出的5个候选基因为解析马铃薯耐盐分子机制提供了新线索。

该研究的重要意义在于首次揭示了APA在马铃薯响应盐胁迫中的重要作用，为耐盐马铃薯育种提供了新思路。通过组织培养技术建立的耐盐性评价体系为马铃薯耐盐种质筛选提供了有效方法。发现的APA动态变化规律和候选基因为进一步解析植物盐胁迫响应机制提供了重要参考。这些研究成果对于培育耐盐马铃薯品种、提高盐渍土地区马铃薯产量具有重要意义。