《Plant Stress》：Investigation on the pyhsiological and molecular mechanisms for lavender’s adaptation to long-term salt stress
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本研究针对土壤盐渍化制约薰衣草产业发展的难题，系统开展了长期盐胁迫（0-300 mM NaCl，28天）下薰衣草的适应性研究。通过整合生理指标测定、转录组测序和加权基因共表达网络分析(WGCNA)，研究人员鉴定出37个关键差异表达基因(DEGs)，并揭示了AP2/ERF、bZIP、AUX/IAA和TCP等转录因子家族成员通过协同调控水分分配、渗透调节物质（脯氨酸Pro、可溶性糖SS）合成及抗氧化酶（SOD、POD、CAT）活性，从而增强薰衣草耐盐性的分子网络。该研究为解析薰衣草耐盐机制提供了新见解，对耐盐品种选育及盐渍土开发利用具有重要意义。
土壤盐渍化已成为影响全球农业可持续发展的严峻挑战，据联合国粮农组织估计，到2050年，全球超过50%的耕地将受到盐渍化影响。作为一种珍贵的芳香植物，薰衣草因其独特的经济价值而被广泛种植，然而其生长和生理过程极易受到土壤盐分胁迫的不利影响。目前，关于薰衣草响应盐胁迫的研究多集中于生理层面，而其适应长期盐胁迫的分子机制，特别是关键调控基因及其网络仍知之甚少，这限制了耐盐薰衣草品种的选育进程。
为了深入揭示薰衣草适应长期盐胁迫的内在机制，来自哈尔滨师范大学的研究团队在《Plant Stress》上发表了最新研究成果。该研究通过设置0、100、200和300 mM四个NaCl浓度梯度，对薰衣草进行为期28天的长期胁迫处理，系统分析了其生长形态、生理指标（包括相对含水量RWC、超氧化物歧化酶SOD、过氧化物酶POD、过氧化氢酶CAT活性，以及可溶性蛋白SP、可溶性糖SS和脯氨酸Pro含量）的动态变化。在此基础上，利用RNA测序技术（RNA-Seq）对不同盐浓度和胁迫时间点（D0, D14, D28）的叶片样本进行转录组分析，并通过加权基因共表达网络分析（WGCNA）挖掘与耐盐性状密切相关的关键模块和枢纽基因（Hub Genes）。
研究人员运用了多项关键技术方法开展本研究。主要包括：对不同盐胁迫条件下薰衣草的生理指标（如抗氧化酶活性、渗透调节物质含量）进行系统测定；利用Illumina平台对27个样本进行转录组测序，获得高质量数据用于后续分析；通过DESeq2软件进行差异表达基因（DEGs）分析；应用WGCNA构建基因共表达网络，识别与盐胁迫响应相关的关键模块和基因；采用实时荧光定量PCR（qRT-PCR）对筛选出的关键基因进行表达验证；并利用生物信息学工具对关键基因进行系统进化树、保守结构域、基因结构以及蛋白质三级结构预测等分析。
3.1. 盐胁迫对薰衣草形态和生理参数的影响
研究发现，随着盐浓度升高和胁迫时间延长，薰衣草植株出现萎蔫症状，叶片相对含水量（RWC-L）逐渐下降。然而，在200 mM NaCl胁迫下，根系相对含水量（RWC-R）在胁迫后期（28天）反而有所增加，表明薰衣草可能通过调节水分在器官间的分配来应对盐胁迫。在生理调节方面，长期盐胁迫（28天）下，SOD活性和可溶性糖（SS）含量显著高于胁迫初期，脯氨酸（Pro）含量在大部分处理下也显著积累（200 mM处理除外）。这些变化表明薰衣草通过激活抗氧化防御系统和积累渗透调节物质来缓解盐胁迫造成的氧化损伤和渗透胁迫。
3.2. 薰衣草的RNA-Seq分析
通过对27个cDNA文库进行测序，获得了超过187.95 Gb的高质量清洁数据，为后续分子机制解析奠定了基础。
3.3. 盐胁迫下薰衣草DEGs的鉴定
差异表达分析显示，与对照（T0-D0）相比，不同盐浓度和胁迫时间点均能诱导大量DEGs的表达，其中T2-D14、T3-D28等条件下的DEGs数量超过10,000个，表明薰衣草在转录层面对盐胁迫有广泛的响应。
3.4. WGCNA鉴定与薰衣草盐胁迫相关的模块
WGCNA共识别出16个基因共表达模块。其中，紫色（MEpurple）、洋红色（MEmagenta）、黑色（MEblack）和蓝色（MEblue）这四个模块与盐胁迫响应关系最为密切，它们分别富含不同数量的转录因子，如bZIP、MYB、NAC等，提示这些模块在盐胁迫应答中扮演重要角色。
3.5. 高连接度核心枢纽基因的鉴定
通过构建各关键模块的基因共表达网络，研究人员鉴定出多个枢纽基因。例如，在MEpurple模块中，LaERF14、LaSVP和LaP2C03被确定为枢纽基因；在MEmagenta模块中，关键基因包括LaCOL16、LaCOL5等。
3.6. 薰衣草盐胁迫下枢纽基因的功能分析
对筛选出的37个关键DEGs（涵盖17个转录因子家族的DEGs）进行深入分析。系统进化树显示，部分DEGs（如LaTCP7和LaTCP14）聚集在同一进化支，暗示它们可能具有相似功能。表达模式分析表明，LaBEH2、LaCOL16等基因表达上调，而LaARIA、LaCPRF2等基因表达下调。
3.7. 枢纽基因与生长生理指标的相关性
相关性分析揭示了枢纽基因与生理指标之间的密切联系。例如，在T3-D28时，叶片相对含水量与LaSTKLJ和LaTCP14呈显著正相关，而与LaASIL2和LaCPRF2呈显著负相关。根系相对含水量与LaNHX4正相关，与LaPSB6负相关。这表明这些基因可能通过调控水分状况和渗透平衡来影响耐盐性。
3.8. 薰衣草枢纽基因对应蛋白质结构的预测
对LaASIL2、LaCPRF2等8个关键基因对应蛋白质的三级结构预测显示，这些蛋白均具有稳定的空间结构，为其功能发挥提供了结构基础。
3.9. RNA-Seq数据的qRT-PCR验证
随机选取9个关键DEGs进行qRT-PCR验证，结果与转录组数据高度一致，证明了测序结果的可靠性。
综合讨论与结论部分指出，薰衣草通过一套复杂的生理和分子调控网络来应对长期盐胁迫。在生理层面，通过调整器官间水分分配（如根系蓄水）、积累渗透调节物质（Pro、SS）和激活抗氧化酶系统（SOD、POD、CAT）来维持细胞稳态。在分子层面，研究鉴定出的关键转录因子，如AP2/ERF家族的LaERF14、bZIP家族的LaCPRF2、AUX/IAA家族的LaPSB6以及TCP家族的LaTCP7和LaTCP14，构成了核心调控节点。它们通过正负调控方式，协同作用：LaERF14正向调控脯氨酸合成，而LaCPRF2负向调控可溶性糖积累，这种看似拮抗实则协同的调控模式，可能更精细地优化了渗透保护剂的组成和功能；LaPSB6和LaTCPs则主要参与水分分配和离子稳态的调节，例如LaTCPs可能通过调节离子转运蛋白或水通道蛋白（AQP）的表达，帮助维持细胞内K+/Na+平衡和水分状况。
该研究首次在薰衣草中系统阐明了长期盐胁迫下关键转录因子通过协同调控水分分配、渗透调节和抗氧化防御等多条通路来增强耐盐性的分子网络模型。这不仅深化了对植物耐盐机制，特别是多年生芳香植物耐盐机制的理解，而且为利用分子育种手段培育高产、高耐盐性的薰衣草新品种提供了宝贵的基因资源和理论依据，对于在盐渍化土地上发展薰衣草产业、提升经济效益和生态效益具有重要的科学意义和应用前景。
