盐胁迫下陆地棉出苗期根部转录组分析及耐盐基因的挖掘

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盐胁迫是限制作物生长、代谢和产量的重要逆境之一。陆地棉(Gossypium hirsutum L)是重要的具有高度的耐盐性的纤维植物。然而,棉花耐盐性的分子机制,特别是在出苗期阶段,还不是很清楚。本研究旨在通过转录组测序分析,挖掘棉花耐盐基因。
  本研究以陆地棉耐盐品种邯682为植物材料,在出苗期进行盐胁迫,处理时间为3h、24h和72h3个时间点,设置对照和重复,测序样品总数为12个。利用qRT-PCR技术对差异表达基因进行了验证,结果表明测序结果可信。通过对差异表达基因的富集分析,获得耐盐候选基因,对部分耐盐候选基因进行下一步研究。主要研究结果如下:
  经过对三个时间点的差异表达基因的统计得知盐胁迫下棉花出苗期在处理3小时、24小时和72小时后分别获得6640、3878、6462个差异表达基因,上调基因分别为3956、2238、3226个,下调基因为别为2684、1640、3236个,具有持续表达差异的基因有869个,其中558个基因持续上调,292个基因持续下调,9个基因先上调后下调,10个基因先下调后上调。
  对三个时间点的差异表达基因的GO分类结果表明,差异表达基因多被分类为单生物代谢过程、氧化还原过程、碳水化合物代谢过程、氧化还原酶活性、定位、运输、建立定位、膜、转运活性和跨膜转运蛋白活性等。KEGG富集分析表明差异表达基因多富集在次生代谢产物生物合成等十几个途径中。
  另外,本研究分析表明盐胁迫下棉花出苗期受ABA的诱导较突出,受ABA诱导的信号转导途径调控较大。对转录因子分析表明,AP2,bHLH,bZIP,ERF,C2H2,MYB,NAC,WRKY等转录因子家族中的差异表达的转录因子基因富集较多,此外,HSF,MADS,C2C2-CO-like,zf-HD和Orphans等转录因子家族中的差异表达转录因子基因几乎全部表现为上调,PHD,RWP-RK,SET,SRS,CSD,DDT和E2F-DP等转录因子家族中的差异表达转录因子基因几乎全部表现为下调,HB转录因子家族富集的差异表达转录因子数量也较多,但对其研究的较少。
  在本次研究中,我们通过对基因功能和代谢途径分析,发现谷胱甘肽过氧化物酶基因、亚精胺合成酶基因、丙氨酸合成酶基因、脯氨酸合成酶基因、醛脱氢酶基因、苹果酸合成酶基因、棉花胞苷脱氨酶、棉花过氧化物酶、棉花鞘氨醇C4单加氧酶基因、棉花钙结合蛋白等一批没有在耐盐上研究过的耐盐候选基因,包含43个在棉花中没有被研究过的基因,另外有31个没有研究过的基因。本研究还对4个耐盐候选基因进行了棉花苗期盐胁迫下的时空特异性研究,表明这4个耐盐候选基因在根、茎和叶中均上调表达。成功构建了3个耐盐候选基因的植物表达载体(35S启动子),以大肠杆菌菌液和农杆菌菌液的形式保存。为棉花耐盐机制的探究和耐盐基因的挖掘提供参考。
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