整合的转录组学和代谢组学分析阐明了外源亚精胺处理对盐胁迫下Elymus sibiricus种子萌发和幼苗生长的影响

《BMC Plant Biology》：Integrated transcriptomic and metabolomic analyses elucidate the effects of exogenous spermidine priming on seed germination and seedlings growth of Elymus sibiricus under salt stress

本研究探讨西伯利亚针茅种子经不同浓度鸟氨酸浸泡后对盐胁迫下发芽和幼苗生长的影响，结合生理、转录组及代谢组分析，发现0.5mM鸟氨酸处理显著提高发芽率及生物积累，通过激活苯丙烷类和甘油酸代谢途径增强光合作用及抗氧化能力，为耐盐牧草育种提供新策略。

　　

摘要

背景

种子预处理是农业生产中的一项关键技术，用于解决幼苗出土缓慢和生长不均匀的问题。盐胁迫会显著抑制植物的生长发育。尽管西伯利亚野黑麦（Elymus sibiricus L.）具有很强的耐盐性，但其适应高盐胁迫的分子机制仍需进一步研究。本研究旨在通过整合生理特征与转录组学和代谢组学数据，阐明精胺种子预处理如何改善西伯利亚野黑麦在盐胁迫下的发芽率和幼苗生长情况。

方法

本研究以E. sibiricus ‘Lanyu No.2’品种作为实验材料。将种子浸泡在四种不同浓度的精胺溶液中，并在200 mM NaCl条件下培养11天，以探究精胺预处理对发芽阶段的影响。此外，将正常生长至60天的幼苗置于盐胁迫条件下14天，以观察精胺预处理对幼苗阶段的影响。

结果

研究结果表明，在盐胁迫下，0.50 mM的精胺预处理可以提高种子发芽率和生物积累水平。为揭示精胺预处理缓解盐胁迫的机制，检测了叶绿素和类胡萝卜素含量、抗氧化酶活性以及渗透调节物质含量。结果发现，经0.50 mM精胺预处理的种子萌发的幼苗具有更高的光合效率及更强的清除活性氧的能力。此外，转录组测序分析显示，在盐胁迫处理14天后，几乎所有与光合作用相关的基因在精胺预处理的幼苗中均上调。这可能是西伯利亚野黑麦通过增强光合速率来适应盐胁迫的一种方式。加权基因共表达网络分析（WGCNA）确定了三个可能与西伯利亚野黑麦盐胁迫响应相关的核心基因。综合转录组和代谢组分析表明，精胺可能通过苯丙烷类生物合成以及甘油酸和二羧酸代谢途径增强西伯利亚野黑麦幼苗的耐盐性。

结论

我们的研究结果为培育耐盐牧草及种子技术提供了潜在的途径和标记基因。