棉花是世界上重要的经济作物,其纤维涉及了农业和纺织工业两大产业。棉花是中等耐盐的作物,棉花响应盐胁迫是多基因参与的复杂生物学过程。陆地棉被视为盐碱地开发利用的“先锋作物”以及植物耐盐机理研究的模式植物。高盐胁迫是制约棉花光合作用、呼吸作用、花铃成果、纤维产量、品质和根吸收离子的主要因素之一。目前亟待研究棉花应答盐胁迫分子机制,发掘重要基因源,满足棉花耐盐遗传改良的需求。本研究利用Affymetrix公司生产的Cotton Genome Array绘制了盐胁迫(NaC1)处理3 h、12h和48 h后耐盐品种“中07”和盐敏感品种“中G5”的根系表达谱(共36张芯片数据),并对其进行了系统分析。通过分析正常生长条件下的18张芯片数据,发现品种间差异表达转录本总数为2915个,中07根系中上调表达的转录本有1969个,多参与氨基酸的代谢、蔗糖代谢、氧化还原等生物学过程。中G5根系中的上调表达基因有961个,多与蔗糖合成有关。盐胁迫处理不同时期的芯片数据比较分析检测到中07特异上调和下调的转录本分别有395个和498个,而中G5特异上调和下调的转录本分别有513个和496个。同时采用实时荧光定量PCR验证了相关基因的表达。GO富集分析结果表明,两个品种在盐胁迫应答的不同时期存在明显差异。在盐胁迫应答早期(盐处理3 h),中G5根系对盐胁迫更为敏感,它迅速感知盐胁迫并对其做出响应,抗氧化基因明显下调,而相关转录本在中07根系中没有明显变化。随着盐处理时间的延长,中07根系中抗氧化相关基因被诱导表达,提高了细胞活性氧清除能力。在盐胁迫处理后期(48 h),中G5根系的初级代谢被抑制,而在中07根系中类黄酮和葡聚糖的代谢过程被明显抑制。以上分析表明,两个品种根系盐胁迫应答的动态表达谱之间存在明显差异,其对盐胁迫独特的应答反应可能与其耐盐性密切相关。通过表达谱分析发现,植物激素、转录因子等均参与了棉花对盐胁迫的应答,此外脂类代谢、次生代谢和各类抗氧化酶相关基因也可能在盐胁迫适应性中发挥重要作用。接着,我们对棉花根系响应盐胁迫和氧化胁迫的关系进行了进一步对比研究。对陆地棉盐胁迫和氧化胁迫下的表达谱数据进行了比较分析发现,盐胁迫和甲基紫精(Methyl Viologen, MV)引起的氧化胁迫之间存在一定的协同性,受盐胁迫和氧化胁迫共同影响的差异表达的转录本可能参与植物激素的合成、氧化还原、转录调控、物质运输和脂类代谢等过程。我们还利用自行产生和公共平台上的315个基因芯片数据构建了棉花的基因共表达网络,该网络共包含20480个探针组。网络的可视化基于Cytoscape (http://cytoscapeweb.cytoscape.org/)实现,这一网络已整合到GraP数据库中并已对外发布。我们利用这一共表达网络对棉花耐盐候选基因进行功能预测和注释。综合考虑两个棉花品种间的差异以及盐胁迫处理后转录本的表达变化,我们选取一批耐盐候选基因后续分析和实验验证。本研究通过对盐胁迫条件下两个耐盐性不同的陆地棉品种(中G5和中07)的根系转录组数据的系统分析,剖析了棉花对盐胁迫的应答过程和耐受性的可能的分子调控机制,同时发现棉花根系响应盐胁迫和氧化胁迫存在一定的协同性,再结合棉花共表达网络的构建,发现并筛选了一批与耐盐相关的新功能基因。本研究将为棉花根系盐胁迫应答机制的研究提供重要参考,并促进高等植物相关机理的研究。