本研究由Pibiao Shi和Minfeng Gu*（通讯作者）合作完成，作者单位为中国江苏省盐城市新洋农业实验站。研究成果发表于BMC Plant Biology期刊，2020年正式出版（文章编号：20:568）。
学术背景
研究聚焦于植物抗盐分子机制领域。土壤盐渍化是制约农业可持续发展的主要非生物胁迫因素之一，全球约6.5%的耕地受盐害影响。藜麦（Chenopodium quinoa）因其高营养价值和极端环境适应性被视为未来潜力作物，但其耐盐分子机制尚未明晰。本研究旨在通过对比耐盐（ST, QQ056）和盐敏感（SS, 37TES）两种藜麦基因型在盐胁迫下的转录组差异，鉴定关键耐盐候选基因及其调控通路，为耐盐育种提供理论依据。
研究流程
材料处理与表型分析
- 实验材料：选用美国农业部提供的耐盐型QQ056和盐敏感型37TES藜麦种子。
- 盐处理：28日龄幼苗根部施加300 mM NaCl，分别在0（对照）、0.5、2、24小时取样，每组设3个生物学重复。
- 表型测定：记录发芽率、存活率、株高、根长、鲜/干重等指标，并检测超氧化物歧化酶（SOD）活性、可溶性糖和脯氨酸含量。结果显示ST基因型在盐胁迫下发芽率和存活率显著高于SS，且抗氧化酶活性更强。
转录组测序与数据分析
- RNA提取与测序：使用Illumina HiSeq 2500平台进行高通量测序，平均获得38,510,203条高质量clean reads，比对至藜麦参考基因组（v1.0）的比对率为85.30%。
- 差异基因（DEGs）鉴定：以FDR < 0.05和|log2FC| ≥1为标准，ST和SS基因型分别鉴定出7,875和6,328个DEGs。
- 功能富集分析：通过GO（Gene Ontology）和KEGG（Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes）分析发现，DEGs显著富集于次级代谢物合成、α-亚麻酸代谢、植物激素信号转导等通路。
核心耐盐基因筛选
- 共有DEGs：117个基因在两种基因型中共同响应盐胁迫，包括过氧化物酶（PODs）、蛋白磷酸酶2C（PP2Cs）、转录因子（MYB、WRKY、NAC）等。
- ST特有DEGs：191个基因仅在耐盐型中差异表达，如钙依赖性蛋白激酶（CDPKs）和热激因子（HSFs）。
qRT-PCR验证
选取21个核心DEGs（含6个转录因子和5个激素相关基因）进行定量PCR验证，结果与RNA-seq数据高度一致（ST: R²=0.8005；SS: R²=0.7973）。
主要结果
- 表型差异：ST基因型在盐胁迫下表现出更高的SOD活性和渗透调节物质（脯氨酸、可溶性糖）积累，证实其生理耐盐性更强。
- 转录调控网络：
- ROS清除系统：POD5（AUR62012344）等氧化还原酶基因上调，缓解盐诱导的氧化损伤。
- 蛋白激酶：LRR-RPKs和CDPKs在ST中特异性高表达，可能通过信号转导增强耐盐性。
- 植物激素通路：ABA信号组分（PP2Cs、PYLs）和JA响应蛋白TIFY10A显著调控，表明激素协同参与耐盐响应。
- 通路分析：苯丙烷生物合成和SNARE囊泡运输通路在ST中显著富集，提示次生代谢和膜运输机制对耐盐性的贡献。
结论与价值
本研究首次系统解析了藜麦耐盐分子机制的核心基因网络，发现ROS清除、激素信号和转录因子是调控耐盐性的关键模块。科学价值在于填补了藜麦耐盐分子机制的空白，应用价值为耐盐基因标记的开发及分子育种提供了靶点。例如，CDPKs和TIFY10A可作为遗传改良的候选基因。
研究亮点
- 多时间点动态分析：首次涵盖盐胁迫早期（0.5小时）至长期（24小时）的转录组响应。
- 基因型对比策略：通过ST与SS的差异分析，精准定位耐盐特异性基因。
- 跨通路整合：揭示了激素与氧化还原平衡的协同调控机制。
其他价值
数据已公开于NCBI SRA（编号SRR11921127-SRR11921149），为后续研究提供资源。此外，发现的POD和PP2C基因家族成员可能适用于其他作物的耐盐性研究。