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胡杨(Populus euphratica)和灰杨(P.pruinosa)是一对近期分化的姊妹物种,对盐胁迫有着极强的耐受能力;但灰杨对盐胁迫的耐受能力更强。两个物种均分布在干旱盐碱的荒漠地区,是我国西北荒漠重要的造林物种,对西北沙漠与荒漠生态系统可持续发展的维持起着关键作用。我们利用第二代测序转录组研究手段对胡杨和灰杨的盐胁迫下的基因表达变化式样进行了深入研究。1.胡杨与灰杨与其他非耐盐杨树对盐胁迫响应的差异与胡杨和灰杨相反,毛果杨和毛白杨是两个盐敏感的杨树。为了鉴定这些杨树对盐胁迫的不同响应基因,我们比较了四种杨树愈伤组织在持续盐胁迫下转录水平的差异表达状况。四种杨树鉴定的直系同源基因有7822条,在其中找到了702条差异表达基因。通过层级聚类得到的基因共表达模式显示,这盐敏感杨树和两种耐盐杨树在盐胁迫下的基因表达有显著的差别。在盐敏感杨树物种,我们找到了6个基因对盐胁迫有一致性响应,包括6磷酸葡萄糖酸内酯酶(6-phosphogluconolactonase 4),棉子糖合成酶(raffinose synthase),热激蛋白20(hsp20),WRKY,过氧化物酶15(peroxidase 15),脂肪酸去饱和酶(fatty acid desaturase),这些基因与植物广谱的抗逆以及能量代谢相关。在两个耐盐杨树中我们找到了5个基因在盐胁迫中保持一致的响应,包括氧化还原酶(oxidoreductase activity),过氧化物酶(peroxidase),NADH,细胞色素p450(cytochrome P450)和GDSL脂肪酶(lipase GDSL);已有研究表明这些基因与植物耐盐高度相关。2.胡杨和灰杨盐胁迫下萌发种子的比较转录组比较胡杨和灰杨都具有耐盐能力,但是在耐盐能力上灰杨要略胜一筹。我们利用比较转录组学来研究不同盐浓度处理下两个物种萌发种子的表达谱,来探究他们耐盐的异同。我们发现随着盐浓度的升高,两个物种细胞内核糖体以及能量代谢相关基因的表达量均受到了显著的抑制,包括14个核糖体相关基因(图3.10)、糖酵解反应中非常关键的果糖1-6二磷酸脱氢酶(MSTRG.17398.2)和一个参与到光呼吸中的氨基转移酶(CCG021502.1)。两个物种同时响应盐胁迫高表达与二者耐盐胁迫相关的共有基因包括海藻糖磷酸化酶(TRP,MSTRG.15348.2)、去泛素化特异性蛋白酶(UBP9,MSTRG.23479.3)以及GDSL脂肪酶(GLIP1,CCG030033.1)。灰杨比胡杨更加耐盐的主要原因可能是该物种在高浓度胁迫下能够维持更多抗逆相关基因转录本的表达,如SCARECROW-like 8基因(CCG030097.1)、维生素B6合成酶(PDX1,CCG023950.1)、几丁质诱导子受体激酶(CERK1,MSTRG.17436.3)、过氧化氢酶2(CATALASE 2,MSTRG.2944.19)以及乙酰乳酸合成催化酶(CSR1,CCG012489.1);特别是灰杨关闭了两个耐盐有害基因的转录,一个是蛋氨酸裂解酶(MGL,MSTRG.26043.4),该基因的高表达使拟南芥对氧化胁迫更加敏感;另外一个是一个NUDX家族的水解酶,拟南芥中敲除该基因会使拟南芥的NADPH循环效率增高、耐盐性增加。关闭这两个基因有可能是灰杨更加耐盐的关键原因之一,当然这还需要进一步的实验支持。