盐胁迫下胡杨×灰杨耐盐机制的转录组与代谢组联合解析

《BMC Plant Biology》：Combined transcriptomic and metabolomic analysis revealed the salt tolerance mechanism of Populus talassica?×?Populus euphratica

本研究聚焦于解决土壤盐胁迫对植物生长的抑制问题，以胡杨×灰杨为研究对象，通过转录组和代谢组联合分析，揭示其耐盐机制，为培育耐盐作物提供理论依据。

　　在全球约20%的可耕地受到盐碱化严重影响的背景下，中国新疆地区也有大量土地因土壤盐碱化导致生产力下降。胡杨×灰杨作为一种耐盐植物，能够适应高盐环境并正常生长。为了深入探究其耐盐机制，为耐盐作物的培育和盐碱地生态修复提供理论支持，塔里木大学的研究人员开展了胡杨×灰杨耐盐机制的转录组和代谢组联合分析研究，相关成果发表于《BMC Plant Biology》。

本研究采用的主要关键技术方法包括：转录组测序分析（Transcriptomic sequencing），用于鉴定不同盐处理下胡杨×灰杨根和茎中的差异表达基因（DEGs）；代谢组分析（Metabolomic analysis），通过超高效液相色谱-串联质谱（UPLC-MS/MS）平台检测代谢物变化，筛选差异积累代谢物（DAMs）；主成分分析（PCA）和层次聚类分析，用于评估样本间代谢物积累模式的差异。

研究结果表明，胡杨×灰杨在低盐处理下能够协调地上和地下部分的生长，而在高盐浓度下，其生长和水分平衡受到显著抑制。转录组分析显示，根和茎中基因富集的途径在耐盐响应中存在差异，涉及植物激素信号转导（plant hormone signal transduction）、苯丙素生物合成（phenylpropanoid biosynthesis）、丝裂原活化蛋白激酶信号通路（MAPK signaling pathway—plant）、植物-病原体互作（plant-pathogen interaction）、碳代谢（carbon metabolism）、氨基酸生物合成（biosynthesis of amino acids）等核心途径以及AP2/ERF、NAC、WRKY和bZIP等关键转录因子（TFs）。代谢组分析发现，在200 mM和400 mM NaCl处理下，胡杨×灰杨根和茎中均富集了独特的代谢途径，且根和茎中共同富集的途径与次级代谢物生物合成（biosynthesis of secondary metabolites）、辅酶生物合成（biosynthesis of cofactors）、氨基酸生物合成（biosynthesis of amino acids）、黄酮类生物合成（flavonoid biosynthesis）和ABC转运蛋白（ABC transporters）相关。关联分析进一步表明，氨基酸生物合成和植物激素信号转导途径在胡杨×灰杨响应盐胁迫过程中发挥关键作用，特别是基因LOC105124002与茉莉酸异亮氨酸（Jasmonoyl-L-Isoleucine，pme2074）之间存在强关联。

本研究通过转录组和代谢组联合分析，揭示了胡杨×灰杨在不同盐处理下根和茎中代谢途径的变化，并探索了特征性DEGs与DAMs之间的关联，为理解胡杨×灰杨耐盐机制提供了新的见解，为耐盐植物的分子育种和盐碱地生态修复提供了重要的理论依据和数据支持。研究结果强调了氨基酸生物合成和植物激素信号转导途径在植物耐盐响应中的重要作用，为未来耐盐作物的培育和盐碱地的可持续利用提供了新的思路和方向。