本研究由Qidong Yan、Shang Gao、Xianglun Zhang等来自中国农业科学院、中国农业大学、山东渤海高效生态农业科技有限公司等机构的研究团队合作完成，研究成果于2024年12月19日发表在期刊《Genes》上，标题为《Comparative transcriptome analysis reveals mechanisms of differential salinity tolerance between Suaeda glauca and Suaeda salsa》。

学术背景

土壤盐碱化已成为全球性问题，影响约7%的陆地面积，其中中国盐碱化土壤面积达9300万公顷，占耕地总面积的10%，严重威胁农业生产和粮食安全。盐碱胁迫会通过离子毒性、渗透压失衡、氧化应激和高pH值等多种机制影响植物生长。尽管许多植物无法在盐碱环境中正常生长，但部分物种（如碱蓬属植物）具有天然耐盐碱能力，可作为研究植物耐盐机制的理想材料。

碱蓬属的Suaeda glauca和Suaeda salsa是典型的盐生植物，广泛分布于中国沿海及西北地区。尽管两者均具有强耐盐碱性，但S. salsa的耐盐能力显著高于S. glauca，且两者的耐盐机制差异尚不明确。过去的研究多集中于单一物种的生理响应或分子机制，缺乏对两者的系统性比较。因此，本研究通过转录组分析，旨在揭示两者耐盐性差异的分子机制，为耐盐作物育种提供候选基因。

研究流程

1. 材料准备与处理

   • 研究对象：采集生长于正常土壤（对照，CK）和盐碱土壤（处理，T）的S. glauca和S. salsa植株，分别取其根和叶组织，各设置3个生物学重复，共24个样本。
     
   • RNA提取与质检：使用Tiangen RNA提取试剂盒提取总RNA，通过Nanodrop和Agilent 2100检测RNA浓度、纯度及完整性。
     

2. 转录组测序与组装

   • 测序平台：Illumina NovaSeq 6000，采用PE150测序策略。
     
   • 数据过滤：去除含接头序列、N比例>0.1%及低质量（Q<20）的reads，获得155.84 Gb高质量数据（Q30≥93.61%）。
     
   • 转录本组装：使用Trinity（v2.5.1）对clean reads进行组装，获得99,868条unigenes，平均长度993.35 bp，N50为2205 bp。
     

3. 功能注释与差异表达分析

   • 注释数据库：包括NR、Swiss-Prot、KEGG、GO、Pfam等8个数据库，共52,527条unigenes（52.6%）被成功注释。
     
   • 差异基因筛选：通过DESeq2（P<0.01，FC≥1.5）鉴定差异表达基因（DEGs）。S. glauca根和叶中分别鉴定出9114和2907个DEGs，S. salsa中分别为2808和3419个。
     

4. 关键通路与基因分析

   • 特异性上调基因：S. salsa根和叶中分别发现1189和1864个特异性上调DEGs，富集于“植物激素信号转导（plant hormone signal transduction）”“碳代谢（carbon metabolism）”等通路。
     
   • 激素相关基因：重点分析脱落酸（ABA）和茉莉酸（JA）合成及信号通路基因（如ABA4、NCED、LOX、AOS），发现其在S. salsa中表达量显著高于S. glauca。
     
   • 候选耐盐基因：鉴定出24个与耐盐相关的DEGs，如GPAT、SKOR、SWEET17等，其表达水平在S. salsa中更高。
     

主要结果

1. 形态与转录组差异

   • S. salsa在盐碱环境中表现出更强的适应性，如更高的水涝耐受性和Na+积累能力。
     
   • 转录组数据显示，S. salsa在盐碱胁迫下整体基因表达水平高于S. glauca，且特异性上调基因富集于代谢和胁迫响应通路。
     

2. 激素调控机制

   • ABA通路：S. salsa中ABA合成基因（ABA2、AAO3）及信号转导基因（PYR/PYL、SnRK2）显著上调，激活下游转录因子（如WRKY、bHLH），增强耐盐性。
     
   • JA通路：JA合成基因（LOX、OPR3）在S. salsa中高表达，可能通过调节抗氧化系统缓解氧化损伤。
     

3. 耐盐候选基因

   • 根中17个DEGs（如TSJT1、Cytochrome P450）和叶中7个DEGs（如DIR1、CCCH锌指蛋白）被鉴定为耐盐关键基因，其表达模式与S. salsa的高耐盐性正相关。
     

结论与意义

本研究首次通过比较转录组分析揭示了S. glauca和S. salsa耐盐性差异的分子机制：
1. 科学价值：阐明了ABA和JA信号通路在耐盐性中的核心作用，并发现24个潜在耐盐基因，为植物耐盐机制研究提供了新视角。
2. 应用价值：候选基因可用于耐盐作物分子育种，如通过转基因技术提高作物的盐碱耐受性。
3. 创新性：
- 首次系统比较两种碱蓬属植物的转录组响应差异。
- 结合激素通路与代谢网络分析，提出S. salsa通过协同调控多通路增强耐盐性的模型。

研究亮点

1. 高通量数据：组装99,868条unigenes，远超既往研究（如Xu et al., 2017仅报道部分转录本）。
   
2. 多维度分析：整合形态学、激素通路及候选基因筛选，全面解析耐盐机制。
   
3. 潜在应用靶点：如SWEET14和SKOR基因可作为耐盐育种的分子标记。
   

该研究为盐碱地生态修复和耐盐作物开发提供了重要的理论基础和基因资源。