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燕麦作为粮饲兼用作物,营养价值丰富,能适应各种恶劣的生长环境,多种植在干旱及盐渍土壤,在农业生产和可持续发展中具有重要作用。关于燕麦对干旱及盐胁迫响应的分子机制未有明确报道,有必要开展进一步研究。本文选取抗旱、敏感品种,比较分析干旱胁迫后的燕麦根系差异表达基因及蛋白,并通过多组学关联分析及网络互作图等筛选鉴定关键的cor-DEGs-DEPs;此外,选取耐盐、盐敏感品种,比较分析盐胁迫后的燕麦根系差异表达基因,筛选差异代谢物并对其进行功能富集和代谢通路分析,并将不同层面的结果映射到KEGG数据库获取其整合的pathway图形,以筛选鉴定燕麦耐盐基因并挖掘关键代谢通路。应用q RT-PCR技术对关键差异表达基因进行验证,挖掘参与燕麦抗旱、耐盐调控的相关基因,为揭示燕麦响应干旱及盐胁迫机制提供理论依据,为选育抗旱、耐盐燕麦种质资源及高产栽培技术研究奠定基础。主要研究结果如下:(1)燕麦响应干旱胁迫的转录组学分析抗旱品种加燕2号(JIA2)在中度干旱胁迫下检测到了1086个上调基因和2919个下调基因,重度干旱胁迫下检测到1792个上调基因和4729个下调基因;敏感品种坝莜9号(BA9)在中度干旱胁迫下检测到395个上调基因和669个下调基因,重度干旱胁迫下检测到886个上调基因和439个下调基因。抗旱品种JIA2在中度及重度干旱胁迫下特异表达差异基因大部分下调表达,主要涉及氧化还原反应、碳水化合物代谢、植物生长激素信号调节及次级代谢等功能。(2)燕麦响应干旱胁迫的蛋白组学分析中度干旱胁迫下,抗旱品种JIA2有489个上调和394个下调差异表达蛋白,重度干旱胁迫下,则有493个上调和701个下调差异表达蛋白;中度干旱胁迫下敏感品种BA9有590个上调和397个下调差异表达蛋白,重度干旱胁迫下,则有126个上调和75个下调差异表达蛋白。干旱胁迫下抗旱品种JIA2共检测到314个特异表达差异蛋白,且上调及下调表达蛋白数量接近,主要涉及核糖体的结构、蛋白质结合、氧化还原过程、代谢过程、膜的组成部分、催化活性、碳水化合物代谢过程等。(3)转录组学与蛋白组学关联分析揭示燕麦抗旱机制转录组学与蛋白组学关联分析结果表明,抗旱品种JIA2重度干旱胁迫与正常供水处理在差异基因蛋白互作网络分析中检测到了4类相互作用的差异表达蛋白质,这4类蛋白质主要涉及植物激素信号转导、次生代谢物的生物合成、碳水化合物代谢过程及代谢途径。并应用q RT-PCR技术对于从4个关键通路中筛选鉴定的13个关键cor-DEGs-DEPs进行了验证,这些基因的表达趋势与其对应蛋白的表达趋势相同,说明这13个关键cor-DEGs-DEPs对于JIA2具有较强的抗旱性起到关键作用。(4)燕麦响应盐胁迫的转录组学分析耐盐品种白燕2号(BY2)在中度盐胁迫下检测到3915个上调基因和13492个下调基因,重度盐胁迫下检测到16076个上调基因和23707个下调基因。敏感品种白燕5号(BY5)在中度盐胁迫下共检测到4898个上调基因和3414个下调基因,重度盐胁迫下检测到34040个上调基因和14757个下调基因。盐胁迫下耐盐品种BY2特异表达差异基因大多数呈现上调表达,主要涉及过氧化物酶、苯丙氨酸解氨酶、ABC转运、热激蛋白、α-淀粉酶、谷氨酸脱羧酶等。(5)燕麦响应盐胁迫的代谢组学分析总共鉴定出201种代谢物,BY2中度盐胁迫下有34个差异代谢物显著上调,5个显著下调,重度盐胁迫下有18个代谢物显著上调,9个显著下调;BY5中度盐胁迫下有35个差异代谢物显著上调,5个显著下调,重度盐胁迫下有21个代谢物显著上调,14个显著下调。BY2品种对盐胁迫的响应导致了大量代谢物升高。在盐胁迫下,特别是在300 m M Na Cl条件下,BY5的糖、氨基酸和多元醇的含量受到抑制。(6)转录组学与代谢组学关联分析揭示燕麦耐盐机制盐胁迫下,BY2和BY5之间的Na+/K+转运蛋白基因表达差异。BY2的Na+浓度较低,而K+的浓度高于BY5,BY2中更高的耐盐性主要是低Na+和升高的K+水平。盐胁迫条件下BY2与BY5差异表达基因及代谢物主要富集到淀粉和蔗糖代谢、半乳糖代谢和糖酵解/糖异生等代谢途径。盐胁迫下BY2与淀粉和蔗糖代谢相关的重要基因被上调,导致盐胁迫下BY2中的蔗糖和海藻糖水平升高,为植物提供了充足的能源。与半乳糖代谢相关差异表达基因在BY2中被上调表达,而在BY5中下调。在300m M Na Cl中,BY2中基因上调表达反映了糖酵解被激活,而在盐胁迫下,BY5中糖酵解途径大多数基因被下调。应用q RT-PCR技术对于从3个关键通路中筛选鉴定的12个关键差异表达基因进行了验证,为进一步验证燕麦耐盐基因奠定理论基础。上述结果初步揭示了不同抗性的燕麦应答干旱胁迫和盐胁迫的差异和分子调控机理,并筛选鉴定了部分抗旱、耐盐的候选基因,为今后选育抗旱、耐盐燕麦种质资源及高产栽培技术研究奠定了理论基础。