鹽脅迫下濱柃(Eurya emarginata)幼苗的生理響應(yīng)和轉(zhuǎn)錄組分析.pdf

1、本研究對(duì)濱柃(Eurya emarginata)進(jìn)行不同程度鹽脅迫處理，以氯化鈉溶液為模擬鹽溶液，設(shè)置三個(gè)濃度梯度，分別為0（對(duì)照組）、150（低濃度組）和300mmol/L（高濃度組）濃度，選取消毒后的健康種子，萌發(fā)后獲得兩個(gè)月大濱柃幼苗，脅迫培養(yǎng)35天之后觀察各組濱柃生長(zhǎng)狀況，并采集根、莖、葉樣品，測(cè)定它在不同鹽脅迫條件下的含水率、各抗氧酶活性(Cu/Zn-SOD、CAT、POD、GPx)、葉綠素、光合參數(shù)（凈光合速率、蒸騰速率、氣

2、孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度）和脯氨酸及其相關(guān)酶活性(P5CS酶、脯氨酸脫氫酶)等生理數(shù)據(jù)的變化，并取葉子和根樣品進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測(cè)序分析，旨在探討濱柃鹽耐受的反應(yīng)機(jī)理。研究結(jié)果如下:
　　在低鹽脅迫(150mmol/L)時(shí)，和對(duì)照組對(duì)比發(fā)現(xiàn)Cu/Zn-SOD、CAT、POD和PDH（脯氨酸脫氫酶）活性略有下降，P5CS酶活性、H+-ATPas活性上升，光合參數(shù)略有下降，凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度和無顯著性差異(P＞0.05)，葉綠素含量

3、下降，各組織含水率下降，GPx基本不受影響，脯氨酸也沒有明顯的積累，濱柃葉和根中的離子含量發(fā)生變化，Na+累積量增加，同時(shí)K+含量下降，鈉鉀比例降低，但濱柃生長(zhǎng)狀況良好，說明各項(xiàng)生理數(shù)據(jù)的變化均在濱柃自身耐受能力內(nèi)。在高鹽脅迫(300mmol/L)時(shí)，和對(duì)照組對(duì)比發(fā)現(xiàn)，濱柃呼吸代謝總呼吸速率加快，光合效應(yīng)受鹽脅迫抑制，光合參數(shù)顯著下降，凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度有顯著差異(P＜0.05);葉綠素含量顯著下降，葉綠素a比對(duì)照組平均減少

4、50.14％，葉綠素b比對(duì)照組平均減少65.27％(P＜0.05)。植物體內(nèi)水分含量降低，嚴(yán)重的限制了Cu/Zn-SOD、CAT和PDH（脯氨酸脫氫酶）、POD、GPx、P5CS酶、H+-ATPas的活性，脯氨酸和丙二醛大量積累，破壞了濱柃體內(nèi)活性氧化物的代謝，其體內(nèi)自由基被大量清除等，加重了細(xì)胞膜脂的過氧化程度，代謝產(chǎn)物丙二醛變多，電解質(zhì)滲透率增強(qiáng)，細(xì)胞膜受到極大損害。濱柃葉和根中的離子含量發(fā)生變化，Na+累積量增加，對(duì)細(xì)胞的產(chǎn)生毒害

5、作用，同時(shí)K+含量下降，鈉鉀比例降低，打亂了濱柃體內(nèi)的離子動(dòng)態(tài)平衡。
　　通過濱柃的轉(zhuǎn)錄組測(cè)序，發(fā)現(xiàn)翻譯、核糖體結(jié)構(gòu)和生物轉(zhuǎn)化(Translation，ribosomalstructure and biogenesis);一般性功能預(yù)測(cè)(General function prediction only);蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)譯后修飾，蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)換和伴侶蛋白(Posttranslational modification，protein turno

6、ver，chaperones);能量的產(chǎn)生和轉(zhuǎn)換(Energy production and conversion)等功能類別中差異表達(dá)基因富集顯著，光合作用通路(Photosynthesis pathways)，光合作用天線蛋白通路(photosynthesis-antenna proteins pathways)和核糖體核糖體通路(Ribosomepathways)中的差異基因富集顯著[FDR＜0.01且FC（Fold Change

7、）≥2]。對(duì)測(cè)序所得數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，在濱柃經(jīng)過300mmol/L氯化鈉鹽脅迫35天之后，參與Cu/Zn-SOD、CAT、GPx、P5CS、H+-ATPase和PDH等酶合成的反應(yīng)過程涉及的基因多數(shù)表達(dá)下調(diào)[FDR＜0.01且FC(Fold Change)≥2]，即受到了抑制;在濱柃經(jīng)過150mmol/L氯化鈉鹽脅迫35天之后，控制Cu/Zn-SOD和PDH合成對(duì)應(yīng)基因也表現(xiàn)為下調(diào)，但富集程度較低，而控制CAT，GPx，H+-ATPase對(duì)

8、應(yīng)基因上調(diào)表達(dá)，P5CS基因則表達(dá)基本不受影響。這說明在分子層面上，濱柃有著與生理層面相對(duì)應(yīng)的調(diào)控機(jī)制，在低鹽脅迫的時(shí)候能夠抵抗鹽害帶來的影響，有較強(qiáng)的耐鹽性。在高鹽害脅迫時(shí)，P5CS基因表達(dá)上調(diào)，說明其在對(duì)抗外界鹽害時(shí)有極其重要的作用，而Cu/Zn-SOD、CAT、GPx、P5CS、 H+-ATPase基因表達(dá)下調(diào)，說明濱柃在300mmol/L濃度氯化鈉脅迫時(shí)，相關(guān)耐鹽基因表達(dá)受到抑制，濱柃生長(zhǎng)代謝受阻，影響其正常生長(zhǎng)。通過濱柃的轉(zhuǎn)錄

9、組測(cè)序，得到大量的轉(zhuǎn)錄本序列和Unigene序列，組裝后形成濱柃的Unigene庫(kù)。將得到基因組序列進(jìn)行比對(duì)，獲得差異表達(dá)基因，數(shù)據(jù)顯示在鹽脅迫下濱柃的差異基因表達(dá)既有上調(diào)又有下調(diào)，其中以下調(diào)表達(dá)為主。根據(jù)Unigene庫(kù)序列進(jìn)行GO注釋、COG注釋和KEGG注釋，分別得到各Unigene的相應(yīng)功能及代謝途徑，其中，為今后在基因組學(xué)和分子生物學(xué)的研究奠定基礎(chǔ)。
　　濱柃耐鹽性較強(qiáng)，在150mmol/L的鹽脅迫環(huán)境下能夠正常健康的生