综合形态生理学与转录组学分析揭示了Idesia Polycarpa ‘Yuji’幼苗的耐盐机制

《Journal of Plant Growth Regulation》：Integrated Morpho-physiological and Transcriptomic Analysis Reveals the Salt Tolerance Mechanisms in Idesia Polycarpa ‘Yuji’ Seedlings

盐胁迫对伊叶树‘Yuji’生理、生化及转录组响应机制的系统研究，揭示其通过MAPK信号通路介导的激素交叉对话实现耐盐适应，为盐碱地生物能源树种遗传改良提供理论依据和基因资源库。

　　

摘要

土壤盐碱化对全球农业和林业构成了日益严重的威胁，这促使人们需要了解植物的耐盐机制，以便在边缘土地上实现可持续耕作。本研究对一种具有潜力的生物能源树种——Idesia polycarpa ‘Yuji’的盐胁迫响应进行了全面、多层次的探讨。幼苗被置于不同浓度的中性混合盐胁迫（NaCl: Na?SO?，摩尔比为9:1）环境中，浓度分别为50、100和150 mmol·L?1。综合分析表明，盐胁迫逐渐抑制了植物的生长，破坏了叶片和根尖的微结构，并严重影响了光合作用功能，表现为色素含量减少以及净光合速率和蒸腾速率下降。生理学分析显示，渗透调节物质、脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白质发生了动态变化，同时丙二醛（MDA）的积累增加，表明在严重胁迫下膜发生了过氧化。抗氧化酶的活性随时间和浓度变化而响应，其中超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化物酶（POD）的激活模式各不相同。激素分析显示内源性植物激素发生了显著重组，表现为脱落酸（ABA）水平持续升高，而吲哚-3-乙酸（IAA）、 Zeatin核糖苷（ZR）和赤霉素-3（GA?）则发生了细微变化。转录组测序发现了8,644个差异表达基因（DEGs），富集分析突出了与光合作用、植物MAPK信号传导和α-亚麻酸代谢相关的通路的关键作用。激素信号传导级联中的关键调控基因，包括RAN1、MAPK6/9/17/18、PYR/PYL和SRK2，发生了显著调控，这强调了MAPK介导的激素相互作用在协调适应响应中的核心作用。我们的研究结果表明，I. polycarpa ‘Yuji’采用了一种高度整合的耐盐策略，涵盖了形态适应、生理和生化平衡以及广泛的转录重编程。这项研究不仅阐明了这一被低估物种的耐盐机制，还为未来的遗传改良提供了宝贵的候选基因和通路资源，有助于培育出能够在盐碱土壤中有效生长的抗逆基因型。

图形摘要

I. polycarpa ‘Yuji’对盐胁迫的综合作应机制。在盐胁迫下，I. polycarpa ‘Yuji’的叶片和根部表现出明显的形态变化，同时关键生理和生化指标也发生了改变。转录组分析显示广泛的转录重编程，尤其是与激素信号传导（尤其是MAPK级联）和应激响应通路相关的基因家族发生了显著调控，这些共同构成了该物种的耐盐适应性机制。