《Biology》：Hepatic Transcriptome Variations Among Different Evolutionary Lineages of Rhinolophus ferrumequinum During Hibernation
Yue Zhu,
Sen Liu,
Jianying Du,
Yanhong Xiao and
Keping Sun
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本研究利用转录组学手段，揭示了新疆“西开心”甜瓜响应不同比例（NaCl:NaHCO3= 1:1, 1:2, 2:1）混合盐碱胁迫的关键分子机制。研究聚焦植物激素信号转导通路，发现高盐（2:1）胁迫下生长素相关基因特异上调，而高碱（1:2）胁迫下则以ABA相关基因上调为主，揭示了品种特异性的激素平衡调节。此外，高盐处理下光合天线蛋白基因显著下调，与其光合效率降低的表型一致。该研究为解析甜瓜的盐碱适应策略提供了重要的候选基因和理论基础，对培育耐盐碱甜瓜品种具有指导意义。
引言
土壤盐碱化是一个影响作物生长的全球性问题，尤其在中国新疆南部地区，盐碱化土壤面积广大，其中通常存在氯化钠（NaCl）和碳酸氢钠（NaHCO3）共存的情况。甜瓜作为一种具有较高经济价值和一定耐盐碱潜力的作物，其幼苗期是应对盐碱胁迫的关键阶段。然而，以往对甜瓜胁迫响应转录组的研究多集中于单一盐分（如NaCl）或碱分（NaHCO3）处理，对模拟自然田间状况的混合盐碱胁迫，特别是不同盐碱比例下的分子响应机制缺乏系统性解析。为了填补这一研究空白，本研究选用新疆本地耐盐碱甜瓜品种“西开心”，通过设置三种不同比例的混合盐碱处理（T1: 1:1, T2: 1:2, T3: 2:1，浓度均为50 mmol·L?1），利用转录组测序技术，旨在阐明“西开心”幼苗根部响应混合盐碱胁迫的分子机制，发掘关键的响应通路和候选基因，为甜瓜耐盐碱遗传改良提供理论依据。
材料与方法
本实验以“西开心”甜瓜为材料，在幼苗长至三叶一心期时开始胁迫处理。对照（CK）组浇灌标准1/2霍格兰营养液，处理组则分别浇灌用1/2霍格兰营养液配制的三种不同比例的混合盐碱溶液（NaCl:NaHCO3= 1:1, 1:2, 2:1）。处理9天后，收集幼苗根系样品，每个处理设4个生物学重复。总RNA提取后，经质检合格（RIN ≥ 8.0），构建cDNA文库，在Illumina NovaSeq 6000平台上进行PE150测序。原始测序数据经质控、过滤后，比对到甜瓜参考基因组。差异表达基因（DEGs）使用DESeq2和edgeR软件，以|log2倍变化| ≥ 1且FDR < 0.05为筛选标准，取两种工具结果的交集以确保结果的稳健性。对鉴定出的DEGs进行KEGG和GO功能富集分析。此外，还通过RT-qPCR对核心候选基因的表达水平进行了验证，并测定了光合速率（Pn）等生理指标，以关联基因表达与生理表型。
结果与分析
转录组测序结果与差异表达基因鉴定
经过质控，共获得78.98 Gb高质量测序数据，各样品Q30值均高于96.61%，基因组比对率达97.00%–98.02%。差异分析显示，与对照组相比，T1、T2、T3处理组分别鉴定出588、686和1107个DEGs，表明胁迫响应强度随NaCl比例增加而增强。通过火山图可直观观察到不同处理下差异基因的上、下调分布情况。
差异表达基因的功能富集分析
DEGs功能富集分析表明，在三种处理下，植物激素信号转导（plant hormone signal transduction）通路均是最显著富集的KEGG通路。这表明激素信号通路是“西开心”响应盐碱胁迫的核心分子反应之一。其中，在高盐（T3，2:1）处理中，植物激素信号转导通路的富集最为显著（FDR = 5.62 × 10?8）。此外，不同处理还表现出独特的富集通路：T1（1:1）处理中苯丙素生物合成相关通路（如苯丙烷生物合成）基因显著下调；T2（1:2）处理中，谷胱甘肽代谢相关基因上调，可能与抗氧化防御增强有关；T3（2:1）处理中，光合天线蛋白（photosynthesis-antenna proteins）相关基因显著下调。KEGG富集气泡图展示了不同处理下富集的通路及其显著性。
“西开心”响应盐碱胁迫的关键基因表达分析
在关键的植物激素信号转导通路中，两个生长素相关基因——生长素诱导蛋白基因MELO3C013403和生长素响应因子基因MELO3C004381——在高盐（T3，2:1）处理组中特异性显著上调（表达量高于对照组两倍以上），而在T1和T2组中则轻微下调。这暗示“西开心”可能通过上调生长素信号相关基因来应对高盐胁迫。相反，在高碱（T2，1:2）处理组中，脱落酸（ABA）相关基因上调，而生长素、茉莉酸、赤霉素相关基因下调，表现出与高盐处理不同的激素调节模式，表明存在一种依赖于胁迫类型的生长素-脱落酸平衡调控。此外，在T3处理中，一个光系统II捕光天线蛋白基因MELO3C021567表达量大幅下调至对照组的32%。RT-qPCR验证结果显示，这些候选基因的表达变化趋势与转录组测序数据高度一致，证实了测序结果的可靠性。核心候选基因表达水平柱状图清晰地展示了这种差异。
核心通路的生理验证
为了探究光合相关基因下调的功能意义，研究人员测定了甜瓜幼苗的光合速率（Pn）。结果显示，随着盐碱溶液中NaCl比例的增加，光合速率呈梯度下降趋势。在T3（2:1）处理下，光合速率仅为对照组的47.9%。这一生理指标的下降与光合天线蛋白基因MELO3C021567的转录本下调趋势一致，表明在高盐胁迫下，光合作用相关基因表达抑制是其光合生理功能受损的分子基础之一。光合速率变化折线图直观展示了这一结果。
讨论与结论
本研究发现，在混合盐碱胁迫下，“西开心”甜瓜的差异表达基因数量呈现梯度变化，并且核心信号和代谢通路的响应具有明显的盐碱比例特异性。植物激素信号转导是贯穿所有处理的核心响应通路，但在不同盐碱比下，关键激素相关基因的表达模式各异，特别是生长素与ABA的平衡调控展现出品种特异的模式，这是本研究的原创性发现。高盐（2:1）胁迫诱导生长素相关基因特异性上调，而高碱（1:2）胁迫则诱导ABA相关基因上调，这种差异可能与不同离子毒性对根系信号感知的差异有关。此外，光合作用通路基因在高盐胁迫下的显著下调，是导致其光合效率降低的分子原因之一。与以往单一盐胁迫研究相比，本研究揭示了混合盐碱胁迫下更复杂的基因表达网络。研究结果为深入理解甜瓜响应混合盐碱胁迫的分子适应策略提供了新视角，鉴定出的MELO3C013403、MELO3C004381等候选基因为后续功能验证和耐盐碱甜瓜分子育种提供了重要靶点。未来研究可结合多时间点动态分析、内源激素含量测定以及转基因功能验证，进一步揭示这些关键基因在耐盐碱性中的具体作用机制。
