【摘 要】
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土壤盐渍化可导致作物产量及品质的下降。代谢产物是植物体在内外因素的调控下基因转录的结果,是植物体表型的物质基础。为研究和解析耐盐分子的调控机制,本研究以氯化钠(Na Cl)处理的普通菜豆根系为材料,在形态分析的基础上,通过转录组学和代谢组学分析研究了普通菜豆响应Na Cl的分子代谢调控机制,主要研究结果如下:1.盐胁迫下对黑芸豆和奶花芸豆的发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数以及根系长度、表面积、平
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土壤盐渍化可导致作物产量及品质的下降。代谢产物是植物体在内外因素的调控下基因转录的结果,是植物体表型的物质基础。为研究和解析耐盐分子的调控机制,本研究以氯化钠(Na Cl)处理的普通菜豆根系为材料,在形态分析的基础上,通过转录组学和代谢组学分析研究了普通菜豆响应Na Cl的分子代谢调控机制,主要研究结果如下:1.盐胁迫下对黑芸豆和奶花芸豆的发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数以及根系长度、表面积、平均直径、体积进行测定,发现各指标都较自身的对照低,且奶花芸豆的变化幅度均高于黑芸豆,说明黑芸豆耐盐性更强。2.本研究在表型基础上,以0 h为对照,对盐胁迫下3 h、6 h、12 h、24 h的黑芸豆根系进行转录组分析,通过两两处理组比较分别得到1470、2054、2366、1680个差异表达基因(DEGs),进一步分析发现有510个DEGs共表达,KEGG分析发现,苯丙烷生物合成、类黄酮生物合成、苯丙氨酸代谢以及植物激素信号转导等途径显著富集。510个DEGs中90个转录因子归类到28个基因家族,包括MYB、NAC、AP2/ERF、b HLH、b ZIP、WRKY等与盐胁迫有关的转录因子家族。3.代谢组学分析发现,与对照0 h相比,对盐胁迫下12 h、24 h进行差异表达分析,分别检测到125和141个差异表达代谢物(DGMs),其中77个DGMs为处理组间所共有,分为16种成分,包括黄酮(黄酮、黄酮醇、黄烷醇、异黄酮、花青素)(45.5%)、苯丙素(9.1%)、氨基酸及衍生物(6.5%)等成分。KEGG富集分析,发现显著富集到苯丙烷生物合成、类黄酮生物合成、黄酮和黄酮醇生物合成等途径。类黄酮合成相关代谢物中,香豆酰辅酶A侧重于合成槲皮素等物质,咖啡酰辅酶A侧重于合成木质素。相关性分析表明,槲皮素与L-苯丙氨酸和对香豆酸呈极显著正相关,与反式肉桂酸、柚皮苷查尔酮、柚皮素、二氢山奈酚、芹菜素、圣草酚呈显著或极显著负相关。这些前体代谢物与槲皮素合成密切相关,其含量高低决定槲皮素的积累。4.转录组与代谢组联合分析筛选到10种类黄酮合成相关酶基因并对其进行酶活测定,发现基因表达及酶活性与多酚、类黄酮、总黄酮物质含量密切。PAL基因表达量与酶活呈正相关关系,C4H、CHS、CHI、FLS、F3’H基因表达量与酶活性呈负相关关系,4CL、POD、DFR、CCAOMT基因表达与总酚、类黄酮和总黄酮呈极显著负相关,而与酶活性呈正相关,进一步说明黑芸豆中存在类黄酮代谢物合成的完整途径。综上所述,本研究基于表型、转录组和代谢组数据的研究结果,发现普通菜豆在抵御逆境胁迫时需要更多的基因调控酶的表达来催化中间产物,合成较多的类黄酮代谢物,从而增强菜豆的耐受性。
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