基于转录组学的甜菜耐盐基因挖掘

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甜菜(Beta vulgaris L.)是我国主要的糖料作物之一,其种植区主要分布于东北、西北、华北等干旱-半干旱地区,是内蒙古具有地区特色和优势的重要经济作物。随着全球气候变化,土壤盐渍化越来越严重,是制约作物种植和产质量提升的重要因素。研究盐胁迫条件下甜菜生理及分子响应机制,深入揭示甜菜适应盐胁迫的机理,可为进一步培育耐盐性甜菜品种提供理论依据和技术支撑。本研究从50份甜菜品种中筛选耐盐品种和盐敏感品种作为试验材料,对其幼苗进行Na Cl处理,通过转录组数据挖掘参与甜菜响应盐胁迫的关键候选基因并加以验证,比较分析盐胁迫前后生理生化变化。取得研究结果如下:(1)耐盐品种和盐敏感品种甜菜幼苗盐胁迫转录组测序分析发现,耐盐品种在盐胁迫前后叶、根中的差异表达基因(DEGs)上调表达基因数目分别为2237和2545,下调表达基因为2545和3056;盐敏感品种盐胁迫前后叶、根中上调表达基因数目分别为936和994,下调表达基因为994和3244。盐胁迫处理后两个品种间共有6712个DEGs(3173个上调,3539个下调)。这些基因主要参与了细胞代谢、生物调节、响应刺激、催化活性和离子转运等多个过程。(2)盐胁迫耐盐和盐敏感品种转录组学比较分析,经筛选与基因表达验证,发现与3个叶绿素合成相关基因(CHLG、CHLM、GSA)、5个与渗透调节相关基因,其中3个脯氨酸代谢相关基因(P5CS1、P5CS2、PDH)和2个甜菜碱合成相关基因(C MO、BADH)、3个与活性氧清除系统相关基因(SOD、CAT、APX、GSS)、5个与离子转运相关的基因(NHX1、KUP13、V-Hppase、ATPase4、TPK1)对盐胁迫响应显著,可作为耐盐性遗传改良的候选基因。(3)盐胁迫后,耐盐品种在盐胁迫下的叶绿素含量、鲜重和根系中K+含量的下降幅度小于盐敏感品种;APX和CAT抗氧化酶活性、氧化型谷胱甘肽含量、过氧化氢含量、脯氨酸、甜菜碱、蔗糖、果糖、葡萄糖、可溶性糖含量以及叶中K+含量均显著高于盐敏感品种,叶中Na+含量则显著低于盐敏感品种。综上所述,耐盐品种盐胁迫后表现出的渗透调节能力强、维持较高的抗氧化酶活性和叶绿素含量高、生物膜稳定性和Na+/K+平衡好、是甜菜具有较高耐盐能力的生理基础,与之代谢相关的基因是甜菜的耐盐基因。
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