大豆海藻糖生物合成基因家族的鉴定及其盐胁迫响应机制研究

《Scientific Reports》：Integrated multi-omics reveals trehalose biosynthesis genes as potential targets for salt stress mitigation in soybean

　　

摘要

海藻糖及其中间产物海藻糖-6-磷酸（T6P）通过海藻糖生物合成基因家族，在高等植物中调节碳水化合物分配和胁迫响应方面发挥着核心作用；然而，在大豆中，其整体调控机制和基因型特异性表达模式仍知之甚少。大豆（Glycine max L.）是一种重要的豆科作物，因其高蛋白和油脂含量、固氮能力以及对粮食安全的贡献而具有重要价值。本研究对大豆进行了全基因组特征鉴定，共鉴定出22个GmTPS、GmTPP和GmTRE基因，这些基因在双子叶植物间表现出高度保守性，并与拟南芥同源基因具有密切的系统发育关系。在100、150和200 mM NaCl诱导的盐胁迫条件下，对AJMERI、NARC21和FAISAL SOY三个大豆品种进行了测试，结果显示三者均出现生物量减少、叶绿素含量降低以及植物化学物含量增加的现象。其中，FAISAL SOY保持了更好的农艺性状和更高的植物化学物积累水平，表明其对盐胁迫具有相对较高的耐受力。气相色谱-质谱联用（GC-MS）分析表明，对照植株主要以酚类化合物的积累为主，而盐胁迫条件下则促进了羧酸类和酯类物质的富集，提示NaCl胁迫引起了代谢重编程。实时定量PCR分析揭示了关键基因的差异表达模式：在盐胁迫下，GmTPS1、GmTPS8、GmTPPA、GmTPPC和GmTPPJ在根和芽中均表达上调；而GmTRE1在FAISAL SOY的200 mM NaCl处理条件下表达上调，突显了其在渗透调节和代谢调控中的作用。Pearson相关分析揭示了盐胁迫下海藻糖生物合成基因与形态生理特征及植物化学物性状之间的组织特异性关联。这项整合研究鉴定了可能有助于培育抗逆大豆品种的遗传靶标和代谢标志物。