转录组分析揭示青稞耐盐碱基因型与敏感基因型在抗氧化防御、次生代谢及转录因子网络中的协同调控机制

《BMC Plant Biology》：Comparative transcriptomics reveals genotype-specific mechanisms of saline-alkali tolerance in highland barley

　　

摘要

背景

盐碱胁迫限制了作物的建立和产量，尤其在干旱和半干旱地区更为严重。青稞（Hordeum vulgare L. var. nudum Hook. f）是青藏高原上的一种重要谷物作物，但其耐盐碱胁迫的分子机制尚不清楚。

结果

为探究盐碱耐受性基因型差异的分子基础，将耐受型基因型L86和敏感型基因型L38暴露于盐碱胁迫24小时。结果表明，胁迫抑制了两种基因型的幼苗生长，但L86的地上部伸长显著大于L38。RNA测序结果显示，L86中的差异表达基因（DEGs）数量多于L38，这主要是由于L86中上调基因的数量更多。功能富集分析表明，L86中上调的差异表达基因优先参与谷胱甘肽代谢；白藜芦醇类、二芳庚烷类和姜辣素生物合成；苯丙烷类和类黄酮生物合成；淀粉和蔗糖代谢；以及多种氨基酸代谢途径。编码谷胱甘肽S-转移酶、苯丙烷类和类黄酮相关酶、β-淀粉酶和海藻糖-6-磷酸磷酸酶的基因在两种基因型中表现出不同的表达模式，提示抗氧化防御、次生代谢和碳分配受基因型依赖的调控。共鉴定出35个家族的189个转录因子基因。L86表现出更广泛的转录激活，特别是在ERF、MYB、WRKY、bHLH和NAC家族成员中，而L38中以下调的转录因子为主。相比之下，光合作用和光捕获相关基因在两种基因型中均普遍下调。对选定基因的定量实时PCR分析总体上证实了RNA测序的结果。

结论

L86在早期阶段更强的耐受性与更广泛的转录激活以及抗氧化防御、次生代谢、碳水化合物代谢、氨基酸代谢和转录因子网络的协同调控有关。这些发现为青稞耐盐碱耐性的进一步功能研究和遗传改良提供了候选基因和调控途径。