盐胁迫下黑果枸杞幼苗的生理响应及转录组分析

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盐生植物黑果枸杞广泛分布于我国西北盐渍化环境中,具有独特的耐盐机制。目前对其耐盐性机制的研究主要在生理方面,但对分子机理的报道较少。本研究以典型盐生植物黑果枸杞为对象,采用生理学与转录组学相结合的方法,对盐胁迫下黑果枸杞转录组的表达和生理指标进行了研究,为揭示盐生植物的耐盐机制、大面积种植和耐盐驯化提供理论依据。主要研究结果如下:1.通过对150 mM NaCl胁迫下黑果枸杞幼苗的净光合速率(Pn)、叶绿素、可溶性蛋白、可溶性糖、丙二醛(MDA)和过氧化氢(H202)的含量以及过氧化氢酶(CAT)及过氧化物酶(POD)和超氧化物歧化酶(SOD)活性的测定可以看出,随着盐胁迫时间的延长,黑果枸杞幼苗叶片的叶绿素a和叶绿素b含量均呈降低趋势;丙二醛含量呈先显著升高后降低趋势;过氧化物酶、过氧化氢酶和超氧化物歧化酶活性均呈先升高后降低趋势;可溶性蛋白质和可溶性糖含量呈先升高后降低趋势。综上,在短期盐胁迫下黑果枸杞幼苗的光合能力、抗氧化能力和渗透调节能力提高;且盐胁迫对黑果枸杞幼苗细胞膜的伤害小,有毒物质的积累少,这可能是黑果枸杞耐盐胁迫的重要原因。2.运用转录组技术共鉴定到94651个unigenes和55156个注释。其中盐处理(50mM NaCl)的幼苗与对照(0mM NaCl)之间鉴定筛选出199个差异表达基因(DEGs),其中41个上调,158个下调。通过生物信息分析,发现DEGs被高度富集到基因本体(GO)分类的“代谢过程”和“催化活性”中;分配到COG功能分类的“翻译,核糖体结构和生物发生”和“能量生产和转化”中;富集到KEGG代谢通路的“核糖体”和“氧化磷酸化”中。重要的是,以核糖体为基础的生物发生、基于氧化磷酸化的能量代谢、包括碳固定在内的初级碳代谢和精氨酸和脯氨酸代谢在内的初级氮代谢相关的基因是下调的;相反,蛋白质磷酸酶2 C介导的激素信号转导、类胡萝卜素生物合成和以脂肪酶为中心的代谢(包括各种膜脂质的生物合成)相关的基因同时被上调。采用qRT-PCR方法对选定的DEGs进行基因表达水平的验证。总之,这些结果强调了类胡萝卜素和脂质代谢在黑果枸杞幼苗对盐胁迫的响中具有特殊贡献,也为研究植物与非生物胁迫相互作用提供了有用的遗传资源。3.对刷选出耐盐基因LrNCED进行了进一步研究,结果表明盐胁迫能够强烈诱导LrNCED基因的表达,并导致体ABA含量的增加,且ABA含量的变化与LrNCED的表达量平行。
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