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沙棘（HippophaerhamnoidesL.），为胡颓子科（Elaeagnaceae），沙棘属（HippophaeLinn.）植物，具有抗旱、耐盐和抗风沙等特性，其生产栽培对新疆地区生态改善有重要的作用。新疆是中国沙棘属种类多样性最多的地区，新疆沙棘总产量占全国的50%以上，也是世界沙棘属种类最集中的地区之一。中亚沙棘（HippophaerhamnoidesL.subsp.turkestanicaRousi）在我国分布于新疆南疆地区，俄罗斯沙棘（HippophaerhamnoidesL.subsp.turkestanicaRousi×HippophaerhamnoidesL.subsp.mongolicacv.Rousi）作为外来引进种，已在新疆北疆地区大面积栽培。中亚沙棘作为新疆南疆地区沙棘属植物主要本地种，其特性如何，与引种俄罗斯沙棘比较是否具有优势，尚不清楚。这些问题的解析对于新疆地区沙棘属植物的生产栽培与开发利用具有重要的理论与实践意义。
新疆地区自然条件较差，盐碱地面积逐年增加，盐渍化已经成为重要的生态难题。沙棘属植物具有发达的根系能够涵养水源、改良土质，在耐盐性方面具有很强的适应性。目前，在沙棘的耐盐研究中，多以沙棘盐胁迫的生理特征变化模式为主，其抗盐碱的分子机制尚不明确，从转录组水平揭示其耐盐的基因信号通路的研究仍是空白，沙棘耐盐功能基因未被鉴定。
因此，为选育新疆沙棘栽培生产中的优质品种，揭示沙棘的耐盐分子机制，本研究立足于新疆本地沙棘种，选择本地中亚沙棘与外来种俄罗斯沙棘为研究对象，首先通过生理指标的测定，鉴定盐胁迫条件下两种沙棘种子与幼苗耐盐特征的差异性；其次，通过电镜扫描和石蜡切片技术，观察两种沙棘的根、茎、叶和种子组织结构特征，分析耐盐性与沙棘组织结构特征的相关性；通过转录组测序技术，筛查盐胁迫下转录组水平的差异表达基因，对差异表达基因进行生物信息学分析，并对重要耐盐功能基因进行表达分析；最后，针对重要差异表达功能基因，通过RACE、RT-PCR技术，克隆获得基因编码区序列，分析氨基酸序列特征，明确在盐胁迫下基因表达变化规律。得出以下结论：
（1）自然生境中，中亚沙棘种子活力强于俄罗斯沙棘；变温条件下，中亚沙棘种子发芽率回归系数大于俄罗斯沙棘，发芽指数在较低温度20/10℃时达到最大值，且萌发进程集中，最大萌发率时间较短。表明其种子萌发能力强于俄罗斯沙棘，且具有更低的变温适应性；盐胁迫条件下，NaCl溶液浓度在150mmol·L-1以下时，俄罗斯沙棘与中亚沙棘种子发芽率分别达50%、80%以上。恢复萌发率随NaCl浓度的增大，中亚沙棘下降不显著，而俄罗斯沙棘显著降低。结果表明盐胁迫下，中亚沙棘种子表现较强的萌发特性。
（2）盐胁迫处理后，在低于50mmol·L-1浓度时，中亚沙棘幼苗叶片相较于俄罗斯沙棘，表现出更低的相对电导率，显示了更强的低盐适应性。生理指标数据表明：叶片细胞膜透性、丙二醛、脯氨酸含量，呈现随NaCl浓度增加而升高的趋势。相对于俄罗斯沙棘，随盐胁迫浓度的增加，中亚沙棘幼苗叶片的丙二醛含量较低，而脯氨酸含量在低浓度盐胁迫下未发生显著升高。该结果表明中亚沙棘幼苗在低盐环境下，表现出较强的耐盐性。
（3）组织结构特征分析表明：相对于俄罗斯沙棘，中亚沙棘根部表皮木栓化程度高，韧皮部发达，细胞小且排列密集，维管束数目较多，所占根面积的比率较大，提示其根部具有更强的吸水力和营养吸收能力；茎部表皮木栓化程度高，茎角质层表皮厚度大，导管密度大，髓腔内含物多，具有更发达的维管组织，表现出较强的代谢输送性能；叶片细胞体积较小，栅栏组织与海绵组织排列紧密，厚度比例显著增大，显示了较强的光合效率结构特征。
（4）转录组测序分析表明：差异表达上调基因764个，下调基因655个，总计1419个差异表达基因。差异表达倍数排名靠前的基因中，下调基因有叶绿体蛋白转位酶亚基蛋白、叶绿体NAD(P)H醌氧化还原酶亚基M、细胞色素P450等；上调基因有阿法卡组蛋白H1，叶绿体20kDa的伴侣蛋白、60S酸性蛋白、亮氨酸氨肽酶1、DELLA蛋白盖、非共生的血红蛋白基因等。差异表达基因富集在光合作用、光合生物固碳、苯丙醇、丙酮酸代谢、乙醛酸盐代谢、甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢等通路中。其中光合作用通路相关的差异表达基因27个，为代谢通路中差异表达基因最多者。GO功能数据库中的差异表达基因主要聚集在催化活性、氧化还原过程和氧化还原酶活性等功能中。提示盐胁迫造成光合作用减弱，促使苯丙醇、丙酮酸、乙醛酸和氨基酸代谢能力下降，最产生丙二醛含量积累，这可能为中亚沙棘耐盐胁迫的重要原因。
（5）针对差异表达基因和盐胁迫诱导重要通路SOS、CDPK、ABA和MAPK信号途径，对转录组数据和重要功能基因进行了表达定量分析。发现盐胁迫下，CIPK、CDPK6和ABA4一致呈现显著上调的趋势，而MEKK1基因无显著变化。提示SOS、CDPK、ABA途径在沙棘耐盐机制上发挥了重要作用。而差异表达倍数较大的Lap-1、SecA和NDHM基因，定量结果与转录组测序结果一致，Lap-1显著上调，SecA和NDHM显著降低，提示盐胁迫阻滞沙棘氨基酸代谢合成途径，并且导致光合作用减弱，代谢合成能力降低。
（6）中亚沙棘PEPCK、COR47和NAD(P)H基因克隆及序列分析表明：中亚沙棘PEPCK、COR47和NAD(P)H开放阅读框（ORF）为2001、645和648bp，各编码666、214和215个氨基酸。表达分析结果表明，在盐胁迫下，PEPCK基因表达在胁迫组中显著上升，而COR47和NAD(P)H基因在胁迫组中均显著下调。
本研究分别从生理学、组织学和分子生物学水平，比较分析了俄罗斯沙棘与中亚沙棘耐盐特性的差异，探索了沙棘耐盐的分子机制，明确了三个重要功能基因的序列信息和基因表达模式，为揭示沙棘属植物的耐盐性机制及其在土壤盐渍化区域的开发、利用奠定重要的理论基础。
新疆地区自然条件较差，盐碱地面积逐年增加，盐渍化已经成为重要的生态难题。沙棘属植物具有发达的根系能够涵养水源、改良土质，在耐盐性方面具有很强的适应性。目前，在沙棘的耐盐研究中，多以沙棘盐胁迫的生理特征变化模式为主，其抗盐碱的分子机制尚不明确，从转录组水平揭示其耐盐的基因信号通路的研究仍是空白，沙棘耐盐功能基因未被鉴定。
因此，为选育新疆沙棘栽培生产中的优质品种，揭示沙棘的耐盐分子机制，本研究立足于新疆本地沙棘种，选择本地中亚沙棘与外来种俄罗斯沙棘为研究对象，首先通过生理指标的测定，鉴定盐胁迫条件下两种沙棘种子与幼苗耐盐特征的差异性；其次，通过电镜扫描和石蜡切片技术，观察两种沙棘的根、茎、叶和种子组织结构特征，分析耐盐性与沙棘组织结构特征的相关性；通过转录组测序技术，筛查盐胁迫下转录组水平的差异表达基因，对差异表达基因进行生物信息学分析，并对重要耐盐功能基因进行表达分析；最后，针对重要差异表达功能基因，通过RACE、RT-PCR技术，克隆获得基因编码区序列，分析氨基酸序列特征，明确在盐胁迫下基因表达变化规律。得出以下结论：
（1）自然生境中，中亚沙棘种子活力强于俄罗斯沙棘；变温条件下，中亚沙棘种子发芽率回归系数大于俄罗斯沙棘，发芽指数在较低温度20/10℃时达到最大值，且萌发进程集中，最大萌发率时间较短。表明其种子萌发能力强于俄罗斯沙棘，且具有更低的变温适应性；盐胁迫条件下，NaCl溶液浓度在150mmol·L-1以下时，俄罗斯沙棘与中亚沙棘种子发芽率分别达50%、80%以上。恢复萌发率随NaCl浓度的增大，中亚沙棘下降不显著，而俄罗斯沙棘显著降低。结果表明盐胁迫下，中亚沙棘种子表现较强的萌发特性。
（2）盐胁迫处理后，在低于50mmol·L-1浓度时，中亚沙棘幼苗叶片相较于俄罗斯沙棘，表现出更低的相对电导率，显示了更强的低盐适应性。生理指标数据表明：叶片细胞膜透性、丙二醛、脯氨酸含量，呈现随NaCl浓度增加而升高的趋势。相对于俄罗斯沙棘，随盐胁迫浓度的增加，中亚沙棘幼苗叶片的丙二醛含量较低，而脯氨酸含量在低浓度盐胁迫下未发生显著升高。该结果表明中亚沙棘幼苗在低盐环境下，表现出较强的耐盐性。
（3）组织结构特征分析表明：相对于俄罗斯沙棘，中亚沙棘根部表皮木栓化程度高，韧皮部发达，细胞小且排列密集，维管束数目较多，所占根面积的比率较大，提示其根部具有更强的吸水力和营养吸收能力；茎部表皮木栓化程度高，茎角质层表皮厚度大，导管密度大，髓腔内含物多，具有更发达的维管组织，表现出较强的代谢输送性能；叶片细胞体积较小，栅栏组织与海绵组织排列紧密，厚度比例显著增大，显示了较强的光合效率结构特征。
（4）转录组测序分析表明：差异表达上调基因764个，下调基因655个，总计1419个差异表达基因。差异表达倍数排名靠前的基因中，下调基因有叶绿体蛋白转位酶亚基蛋白、叶绿体NAD(P)H醌氧化还原酶亚基M、细胞色素P450等；上调基因有阿法卡组蛋白H1，叶绿体20kDa的伴侣蛋白、60S酸性蛋白、亮氨酸氨肽酶1、DELLA蛋白盖、非共生的血红蛋白基因等。差异表达基因富集在光合作用、光合生物固碳、苯丙醇、丙酮酸代谢、乙醛酸盐代谢、甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢等通路中。其中光合作用通路相关的差异表达基因27个，为代谢通路中差异表达基因最多者。GO功能数据库中的差异表达基因主要聚集在催化活性、氧化还原过程和氧化还原酶活性等功能中。提示盐胁迫造成光合作用减弱，促使苯丙醇、丙酮酸、乙醛酸和氨基酸代谢能力下降，最产生丙二醛含量积累，这可能为中亚沙棘耐盐胁迫的重要原因。
（5）针对差异表达基因和盐胁迫诱导重要通路SOS、CDPK、ABA和MAPK信号途径，对转录组数据和重要功能基因进行了表达定量分析。发现盐胁迫下，CIPK、CDPK6和ABA4一致呈现显著上调的趋势，而MEKK1基因无显著变化。提示SOS、CDPK、ABA途径在沙棘耐盐机制上发挥了重要作用。而差异表达倍数较大的Lap-1、SecA和NDHM基因，定量结果与转录组测序结果一致，Lap-1显著上调，SecA和NDHM显著降低，提示盐胁迫阻滞沙棘氨基酸代谢合成途径，并且导致光合作用减弱，代谢合成能力降低。
（6）中亚沙棘PEPCK、COR47和NAD(P)H基因克隆及序列分析表明：中亚沙棘PEPCK、COR47和NAD(P)H开放阅读框（ORF）为2001、645和648bp，各编码666、214和215个氨基酸。表达分析结果表明，在盐胁迫下，PEPCK基因表达在胁迫组中显著上升，而COR47和NAD(P)H基因在胁迫组中均显著下调。
本研究分别从生理学、组织学和分子生物学水平，比较分析了俄罗斯沙棘与中亚沙棘耐盐特性的差异，探索了沙棘耐盐的分子机制，明确了三个重要功能基因的序列信息和基因表达模式，为揭示沙棘属植物的耐盐性机制及其在土壤盐渍化区域的开发、利用奠定重要的理论基础。