整合的转录组学和代谢组学分析揭示了印度紫薇（Lagerstroemia indica）的耐盐机制

《BMC Plant Biology》：Integrated transcriptomic and metabolomic analysis reveals the salt tolerance mechanisms in Lagerstroemia indica

摘要

背景

Lagerstroemia indica是中国主要的夏季花卉之一，但其耐盐性较弱。了解其分子机制对于育种工作至关重要。

结果

在本研究中，我们利用整合的转录组学和代谢组学方法，研究了L. indica幼苗在不同浓度NaCl处理下的生理反应以及基因表达和代谢物的变化。结果表明，随着NaCl浓度的增加，根系伸长和茎秆生长受到显著抑制。各处理组之间的SOD活性、POD活性和MDA含量存在显著差异。盐胁迫显著影响了基因表达和代谢物的积累，其中4‰ NaCl处理组（Li4）的差异表达基因（DEGs）和差异代谢物（DAMs）数量最多，高于对照组（Li0）。

转录组分析显示，植物激素信号传导、MAPK信号通路、核糖体功能、缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸降解、光合作用以及自噬等通路显著富集。加权基因共表达网络分析（WGCNA）确定了四个关键通路：自噬相关通路、过氧化物酶体通路、缬氨酸和亮氨酸降解通路以及丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢通路。

代谢组学分析表明，盐胁迫诱导了特定氨基酸（如L-酪氨酸、L-苯丙氨酸、L-精氨酸）和次级代谢物（如4-吲哚羧醛、吲哚-3-丙烯酸、N-苄基羧酰胺）的积累，同时降低了其他化合物（如L-苏氨酸、D-蔗糖和MEHP）的水平。这些化合物可能作为L. indica盐胁迫响应的潜在生物标志物。

关联分析进一步表明，氨基酸的生物合成以及抗坏血酸和醛酸的代谢在L. indica幼苗对盐胁迫的响应中起关键作用。进一步的整合分析揭示了代谢物与基因之间的强相关性。具体来说，L-苏酮酸与Lin_chr4_0495（VTC2）、Lin_chr14_0562（GAE）和XLOC_006237（VTC2）高度相关，而D-蔗糖与XLOC_023487（ARATH）也有强相关性。

结论

本研究探讨了L. indica幼苗在不同浓度NaCl处理下的生理变化，分析了差异表达基因（DEGs）与差异代谢物（DAMs）之间的关系，并进一步研究了抗坏血酸和醛酸代谢的变化。值得注意的是，我们首次发现L. indica中L-苏酮酸的积累与关键的抗坏血酸和醛酸代谢基因（即VTC2（Lin_chr4_0495）、GAE（Lin_chr14_0562）和VTC2（XLOC_006237）之间存在显著的正相关。此外，D-蔗糖的含量与葡萄糖代谢相关基因ARATH（XLOC_023487）密切相关。这些特定的分子关联将我们对盐耐受机制的理解从通路层面提升到了精确的代谢标志物和功能基因层面，为通过标记辅助选择或基因工程提高L. indica的耐盐性提供了直接的操作基础和候选基因。