解析菊花应对盐胁迫的分子机制：为盐碱地绿化提供关键策略

《BMC Plant Biology》：Proteomic analysis of the regulatory network of salt stress in Chrysanthemum

为探究菊花对盐胁迫的响应机制，研究人员运用多组学技术，发现淀粉和能量代谢等途径关键作用，意义重大。

　　# 菊花抗盐分子机制研究：开启盐碱地绿化新征程
在广袤的大地上，植物的生长常常面临诸多挑战，其中土壤盐碱化便是一个 “顽固的敌人”。全球盐碱地面积逐渐扩大，我国盐碱地面积已达1×108hm2。在盐碱环境中，植物就像陷入困境的 “战士”，根系吸水困难，细胞代谢受阻，Na+/K+失衡引发渗透压问题，导致细胞脱水，离子毒性还会干扰蛋白质合成和酶活性，氧化应激反应也会进一步破坏植物的正常生长，严重时甚至会让植物走向死亡。

菊花，作为备受喜爱的观赏植物，以其绚丽多彩的花色和顽强的适应能力赢得人们的青睐。然而，面对盐碱地的挑战，菊花的生长也受到了限制。深入了解菊花对盐碱胁迫的响应机制，对于提升盐碱地景观绿化水平至关重要。此前，虽然对菊花盐胁迫的研究在生理和遗传层面取得了一定进展，但从蛋白质水平揭示淀粉代谢和谷胱甘肽代谢对菊花抗盐性影响的研究却相对匮乏。为了填补这一空白，吉林农业大学园艺学院等机构的研究人员开展了深入研究，相关成果发表在《BMC Plant Biology》杂志上。

研究人员选用菊花（Chrysanthemum×grandiflora）作为实验材料，精心培育组织培养苗。当幼苗长至 9 - 10 片叶子时，进行盐处理。处理组用 60 mL 200 mM NaCl 溶液灌溉，对照组则不做处理。12 小时后，采集对照组和处理组的叶片与根样本，用于后续研究。

在实验过程中，研究人员运用了多种关键技术。蛋白质提取采用三氯乙酸（TCA）/ 丙酮法，随后通过 BCA 法进行蛋白质定量，利用 FASP 法进行蛋白水解消化，并借助 Thermo Scientific TMT 标记试剂盒完成蛋白质标记和质谱鉴定。利用 Proteome Discoverer 2.1 软件分析蛋白质数据，结合基因本体（GO）功能注释、KEGG 通路注释和蛋白质聚类分析，深入探究蛋白质的功能和代谢途径。此外，还将蛋白质组数据与转录组数据进行关联分析，全面解析菊花在盐胁迫下的分子响应机制。

蛋白质数据鉴定与差异蛋白分析

通过测序，研究人员共获得 750,302 个光谱，匹配到 87,349 个已知光谱，鉴定出 24,899 个肽段和 6778 个蛋白质。大多数肽段的质量误差在 -5ppm 到 10ppm 之间，且超过 70% 的鉴定蛋白质对应肽段数≥2，这表明实验数据质量高、可信度强。

在差异蛋白分析中，研究人员发现，盐处理后，叶片和根中均出现大量差异表达蛋白（DAPs）。根中的差异表达蛋白数量约为叶片的 6 倍。不同比较组中，上调和下调的蛋白数量有所不同。在四个比较组中，仅有两个 DAPs 存在显著差异，这暗示根和叶中响应盐胁迫的蛋白质可能存在差异。

GO 与 KEGG 注释分析

GO 注释分析显示，在叶片中，盐胁迫下的 DAPs 主要富集在淀粉分解代谢、对水杨酸和茉莉酸的响应等生物学过程，以及碳水化合物激酶活性等分子功能。这表明能量代谢和激素代谢途径在菊花叶片应对盐胁迫中可能发挥重要作用。在根中，DAPs 主要富集在对氧化应激的响应、谷胱甘肽代谢过程等生物学过程，以及乌头酸水合酶活性等分子功能。这说明根中淀粉和能量代谢、抗氧化反应与谷胱甘肽代谢密切相关，对植物的抗氧化防御至关重要。

KEGG 注释分析表明，叶片中显著富集的 KEGG 通路包括甘油磷脂代谢途径等；根中则包括谷胱甘肽代谢、原核生物碳固定途径等。这些通路参与了菊花对盐胁迫的响应。

菊花响应盐胁迫的相关途径

综合 GO 和 KEGG 分析，研究发现盐处理后，菊花叶和根组织中碳水化合物代谢和能量代谢途径发生显著变化。叶片组织中，甘油磷脂代谢、氨基糖和核苷酸糖代谢、淀粉和蔗糖代谢等途径富集；根组织中，原核生物碳固定、2 - 氧代羧酸代谢和柠檬酸循环等途径富集。此外，叶片中与植物激素信号转导途径相关的水杨酸和茉莉酸的生物学过程存在差异；根组织中谷胱甘肽代谢途径显著富集，且多个参与 GSSG 向 GSH 转化的 DAPs 上调，而促进 GSH 向 GSSG 转化的谷胱甘肽过氧化物酶（GPX）下调，从而提高了根组织中 GSH 水平，有效清除活性氧（ROS），增强了菊花的耐盐性。

蛋白质组与转录组关联分析

研究人员将蛋白质组 DAPs 与已发表的转录组差异表达基因（DEGs）数据进行联合分析。结果显示，在 S200_PL VS SCK_PL 和 S200_PR VS SCK_PR 比较组中，分别有 21 和 43 对 DEGs/DAPs 在蛋白质组和转录组中均差异表达。这些基因和蛋白质的表达变化趋势可分为四类：基因和蛋白质均显著差异且表达变化趋势相同；基因和蛋白质均显著差异但表达变化趋势相反；转录组数据中基因显著差异，但蛋白质水平无显著差异；蛋白质组数据中蛋白质显著差异，但转录组水平无显著差异。

GO 和 KEGG 分析表明，叶片中关联的 DEGs/DAPs 主要参与苯丙烷生物合成、类胡萝卜素生物合成等途径；根中主要参与硫代谢、苯丙烷生物合成等途径。通过比较转录组和蛋白质组分析结果，发现淀粉和能量代谢在植物盐胁迫响应过程中始终发挥作用，且显著富集；而植物激素信号通路在转录组和蛋白质组中的表现存在差异，这可能与植物在基因和蛋白质水平的调控不一致有关。

在本次研究中，研究人员通过对菊花盐胁迫的深入探究，揭示了淀粉和能量代谢、谷胱甘肽代谢途径在菊花应对盐胁迫过程中的核心作用。淀粉分解产生的碳水化合物为植物提供能量，维持细胞渗透压平衡，减轻盐害；谷胱甘肽代谢途径则通过清除 ROS，降低氧化应激和离子毒性，保护细胞结构。这两条代谢途径相互协作，共同构建了菊花的耐盐防御体系。

同时，研究还发现菊花叶片和根在应对盐胁迫时的调节机制存在差异，转录水平和蛋白质水平的变化也不尽相同，这凸显了植物调节机制的复杂性。该研究为深入理解菊花耐盐机制提供了新视角，为植物科学发展开辟了新方向，有助于开发新的分子育种策略，培育耐盐菊花新品种，为盐碱地修复和农业生产提供重要的理论依据和技术支持，在盐碱地绿化和农业可持续发展领域具有广阔的应用前景。