利用WGCNA与转录组分析挖掘大豆萌发期耐盐枢纽基因及其分子机制

本研究通过整合转录组测序（RNA-seq）与加权基因共表达网络分析（WGCNA），系统解析了大豆萌发期耐盐品种R063与敏感品种W82在150 mM NaCl胁迫下的动态响应机制。研究发现，R063通过维持高活性超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化物酶（POD）活性、降低丙二醛（MDA）积累，显著缓解氧化损伤。差异基因分析揭示ADP结合（GO:0043531）、单加氧酶活性（GO:0004497）等通路的关键作用，WGCNA进一步鉴定出Glyma.16G212600等10个枢纽基因，为大豆耐盐育种提供新靶点。

　　

引言

土壤盐渍化是全球农业面临的严峻挑战，中国约3.6×10⁷公顷盐碱地严重制约大豆生产。尽管大豆耐盐研究多聚焦幼苗期，萌发期耐盐机制仍属空白。本研究以耐盐品种R063和敏感品种W82为材料，通过表型筛选确定150 mM NaCl为最佳胁迫浓度，结合生理指标与多组学分析，揭示大豆萌发期耐盐分子机制。

材料与方法

实验设计涵盖两个时间点（36/48 h）和两种处理（0/150 mM NaCl），每组3次重复。测定吸水率、SOD（氮蓝四唑法）、POD（愈创木酚法）活性和MDA含量。RNA-seq采用Illumina平台，参考基因组为Williams 82（Wm82.a2.v1），差异基因筛选标准为|log₂FC|≥1且FDR<0.05。WGCNA基于R 4.2.2构建基因共表达网络，筛选模块特征基因（MM>0.8）。

结果

表型与生理响应

盐胁迫下，R063萌发率降幅显著低于W82（p<0.05），其吸水率持续上升而W82下降。SOD活性在R063中36 h达峰（较W82高42%），POD活性48 h显著提升（p<0.01），MDA含量仅为W82的67%，表明抗氧化系统高效运作。

转录组动态

DEGs分析显示，R063在36 h vs 48 h的差异基因从6,591锐减至438，提示快速转录重编程。共鉴定305个核心DEGs（如Glyma.03G031400），GO富集显示ADP结合（p=1.2×10^-8）、氧化还原酶活性（GO:0016705）等通路显著激活。K-means聚类将187个持续响应基因分为3类，分别富集于DNA解旋（GO:0006268）和核小体组装（GO:0000786）通路。

WGCNA网络

红色模块与耐盐性高度相关（r=0.92，p=3×10^-5），包含Glyma.08G277000（MEP途径关键酶）等10个枢纽基因。该模块基因在R063中上调表达，与单糖转运（GO:0015749）通路密切关联。RT-qPCR验证Glyma.16G212600等基因表达趋势与测序结果一致（R²>0.9）。

讨论

研究首次揭示大豆萌发期耐盐的"双阶段模型"：36 h为应激启动期（大量DEGs），48 h进入稳态调节期（枢纽基因主导）。与幼苗期耐盐基因GmSALT3不同，Glyma.08G277000通过调控MEP途径促进ABA合成，这为萌发期特异性耐盐机制提供了新证据。ADP结合通路的富集提示能量代谢重分配是耐盐关键。

结论

本研究锁定SOD活性为萌发期耐盐核心指标，鉴定出Glyma.16G212600等枢纽基因及ADP结合等10条关键通路。发现的候选基因可作为分子标记用于耐盐育种，为解决盐碱地大豆种植难题提供理论支撑。