《Plant Physiology and Biochemistry》：Transcriptomic Plasticity Through Alternative Splicing Shapes Salt Stress Responses in Korean Sorghum
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本研究针对土壤盐渍化对作物生长的胁迫问题，通过转录组分析探究了韩国三个高粱品种在盐胁迫下的可变剪接（AS）调控机制。研究发现盐胁迫下内含子保留（IR）是高粱最主要的AS事件类型，并鉴定到海藻糖-6-磷酸磷酸酶（TPP6）和ABC转运蛋白家族成员（ABCG42）等关键基因通过AS介导的异构体转换调控盐胁迫应答。该研究为作物抗逆育种提供了新的分子靶点和理论依据。
随着全球气候变化的加剧，土壤盐渍化已成为制约农业生产的重要环境因素。当土壤中钠离子（Na+）等盐分浓度升高时，作物会遭受渗透胁迫、离子毒性和氧化损伤的三重打击，最终导致生长受阻和产量下降。面对这一严峻挑战，揭示植物耐盐的分子机制显得尤为重要。高粱（Sorghum bicolor L.）作为一种具有较强耐盐性的C4作物，成为研究植物盐胁迫应答的理想材料。
近期发表在《Plant Physiology and Biochemistry》的一项研究，深入探讨了高粱通过转录组可塑性应对盐胁迫的分子机制。该研究团队选取了三个具有不同耐盐性的韩国高粱品种——黄锦茶（Hwanggeumchal, HG，中等耐盐）、南风茶（Nampungchal, NP，耐盐）和苏淡茶（Sodamchal, SD，盐敏感）作为研究对象。研究人员采用水培法，在幼苗三叶期时用含有150 mM NaCl的霍格兰营养液进行盐胁迫处理，并分别在处理3天和6天后取样。通过RNA测序（RNA-seq）技术，对对照组和处理组的叶片转录组进行了全面分析。
在技术方法上，研究主要依托高通量测序（Illumina NovaSeq 6000平台）和生物信息学分析。关键技术包括：总RNA提取与质量检测、链特异性RNA-seq文库构建、序列比对（参考基因组为S. bicolor BTx623 NCBIv3）、差异表达基因（DEGs）分析（基于FPKM和Cufflinks）、基因本体（GO）富集分析（PlantRegMap数据库）以及可变剪接（AS）事件鉴定（使用ASpli工具）。实验验证则通过qRT-PCR（验证基因表达）和RT-PCR/片段分析（验证可变剪接事件）完成。
3.1. 盐胁迫下差异表达基因的鉴定
研究发现，不同品种对盐胁迫的转录应答存在显著差异。在HG品种中，对照组与处理6天组（CT vs 6d）比较发现了最多的DEGs，共2166个（1345个上调，821个下调）。NP品种的CT vs 6d比较中也发现了1854个DEGs。这表明盐胁迫诱导了广泛的转录组重编程，且耐盐性较强的品种在胁迫后期表现出更强烈的转录应答。
3.2. 基因本体功能分类
GO富集分析显示，上调基因显著富集于胁迫响应、细胞壁和氧化还原酶活性等相关条目。特别是在HG的CT vs 6d比较中，发现了与盐胁迫密切相关的GO术语，如盐胁迫响应、渗透胁迫响应、氧化胁迫响应、海藻糖代谢过程和海藻糖生物合成过程等。这提示海藻糖代谢途径在高粱盐胁迫应答中可能扮演重要角色。
3.3. 可变剪接事件的鉴定
研究分析了四种主要的AS事件类型：内含子保留（IR）、外显子跳跃（ES）、 alternative 5'剪接位点（Alt5'ss）和alternative 3'剪接位点（Alt3'ss）。与植物中AS事件类型分布规律一致，IR在所有比较组中均占主导地位，比例超过70%。品种间比较（NP vs SD）检测到的AS事件数量最多（1419个），而HG的CT vs 3d比较中AS事件数量最少。
3.4. 盐胁迫相关AS基因的检测
通过整合DEG和AS分析结果，研究鉴定出86个在两组分析中均出现重叠的基因。其中，LOC8065371（推测的海藻糖-磷酸磷酸酶6，TPP6）在HG的CT vs 6d比较中表现出AS和差异表达；LOC8076705（ABC转运蛋白G家族成员42，ABCG42）在NP的CT vs 6d比较中表现出类似模式。这些基因均已被报道与植物盐胁迫应答相关。
3.5. 可变剪接介导的盐胁迫响应基因调控
对关键基因的深入分析揭示了AS在盐胁迫应答中的精细调控机制。LOC8065371（TPP6）在HG对照组中表现出内含子保留（IR），导致产生异常的转录本异构体；而在盐胁迫6天后，该基因恢复了正常的剪接模式，产生了功能性的转录本。同时，该基因的表达水平在盐胁迫下显著上调（log2FC = 4.85）。类似地，LOC8076705（ABCG42）在NP对照组中也观察到IR事件（位于第11和12外显子之间），而在盐胁迫下恢复正常剪接，其表达量也相应增加（log2FC = 2.32）。
3.6. DEG和AS的验证
通过qRT-PCR对LOC8065371等基因的表达模式进行验证，结果显示计算分析与实验数据高度一致。此外，针对LOC8065371的RT-PCR和片段分析证实了该基因在对照组中存在IR事件，而在盐胁迫组中主要进行正常剪接，这与生物信息学预测结果相符。
研究结论与讨论部分强调，AS特别是IR，作为植物响应盐胁迫的重要转录后调控机制，通过调控关键基因如TPP6和ABCG42的表达和功能，在高粱耐盐性形成中发挥关键作用。在正常条件下，IR可能导致产生非功能性或不完全功能的转录本，可能作为一种"节能"或"预备"机制；而当盐胁迫发生时，正常的剪接被激活，确保功能蛋白的正确表达，从而激活海藻糖生物合成（渗透保护）和ABC转运蛋白功能（离子稳态维持）等耐盐相关通路。这种转录组可塑性为植物适应逆境提供了快速、灵活的调控策略。该研究不仅深化了对作物耐盐分子机制的理解，也为通过调控AS事件改良作物抗逆性提供了新的思路和靶点。
