综述:综合生理、生化、代谢组学与转录组学分析揭示假单胞菌UW4通过调控植物激素增强大蒜盐胁迫耐受性

《Plant Stress》:Integrated physiological, biochemical, metabolomic and transcriptomic analyses reveal that Pseudomonas sp. UW4 enhances salt tolerance via modulating plant hormones in Allium sativum L

【字体: 时间:2026年06月06日 来源:Plant Stress 6.9

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  高浓度Na+会引发严重环境问题,进一步限制作物产量并降低产品品质。本研究发现盐胁迫通过降低株高(降幅19.95%-26.55%)、叶宽(降幅24.00%-29.63%)和假茎发育(降幅7.49%-17.39%)显著抑制大蒜生长,同时通过提升活性氧(ROS,超氧

  
高浓度Na+会引发严重环境问题,进一步限制作物产量并降低产品品质。本研究发现盐胁迫通过降低株高(降幅19.95%-26.55%)、叶宽(降幅24.00%-29.63%)和假茎发育(降幅7.49%-17.39%)显著抑制大蒜生长,同时通过提升活性氧(ROS,超氧阴离子O2·?最高达6909.62 μg/g/min 鲜重)水平和诱导脂质过氧化损伤细胞结构。接种假单胞菌(Pseudomonas sp.)UW4可显著提升大蒜生物量(鲜重增幅12.61%-70.55%)、根系活力(第5天增幅91.67%)、光合色素、可溶性蛋白及可溶性糖含量。该菌株能显著提高超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)和谷胱甘肽还原酶(GR)活性,其中对POD活性的促进效应最为突出,同时提升抗坏血酸-谷胱甘肽(AsA-GSH)循环组分含量。代谢组学分析显示,UW4处理上调脱落酸(ABA)信号转导途径并提升吲哚乙酸(IAA)含量。转录组学分析鉴定到的差异表达基因主要富集于ABA信号通路(ko04075)和生长素生物合成通路(ko00380)。机制研究表明,UW4通过上调蛋白磷酸酶2C(PP2C)表达、下调pyrabactin抗性1样蛋白(PYLs)表达激活ABA信号,同时提高内源吲哚乙酸浓度。加权基因共表达网络分析(WGCNA)将PYLs关联模块与乙烯响应元件结合蛋白(EREBP)、分蘖分枝1/杯状聚伞花序/增殖细胞因子21(TCP21)及PP2C富集模块整合,共同降低氧化胁迫水平。PP2C富集模块通过同源域-亮氨酸拉链和ABRE结合因子(HD-ZIP、ABF)介导胁迫适应,这些关键转录因子同时参与油菜素内酯和ABA信号通路。亚细胞定位实验证实AsPP2C在烟草和拟南芥细胞中定位于细胞核与细胞质。YFP-AtPP2C过表达株系表现出显著盐耐受性,而UW4可进一步增强该过表达株系的耐盐能力。此外,UW4在盐胁迫下显著下调大蒜ACO基因表达水平,验证了其生物学功能。上述结果表明,UW4通过调控ABA依赖的ROS清除途径与激素稳态增强大蒜耐盐性,为盐碱农田修复提供了有效微生物策略,该环境友好型菌株适用于钠胁迫土壤以保障作物安全生产。
  1. 1.
    Introduction
    全球耕地盐渍化问题日益严峻,中国土壤污染状况调查公报显示16.1%的耕地已受污染破坏。过量盐分积累会阻碍植物光合作用与叶绿素合成,破坏细胞内氧化还原稳态,导致氧化损伤并干扰正常细胞结构与功能。青海省乐都区作为“中国硒都”,是药用与食用兼用的“乐都紫皮蒜”主产区,当地充足日照为根茎类作物干物质积累提供了独特优势,但干旱少雨、蒸发强烈、大风沙尘天气加剧了土壤盐渍化,化肥农药过量施用进一步恶化了该问题。盐胁迫抑制大蒜生长发育、降低产量、退化种质,如何在保障种质稳定的前提下缓解盐胁迫危害成为亟待解决的问题。大量研究表明,植物促生根际细菌(PGPB)可通过调控宿主生理与代谢途径减轻盐胁迫损伤。现有研究显示,PGPB接种能显著降低盐胁迫下植物的丙二醛(MDA)含量,提升超氧化物歧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶活性,稳定光合系统,增强抗氧化酶系统功能,减少ROS积累与伤害。靶向激素代谢组定量分析可精准检测植物激素水平及代谢产物变化,目前已广泛应用于温度、涝渍等非生物胁迫响应研究,但在根茎类植物激素互作机制解析中的应用仍较少。转录组学技术已广泛用于作物抗逆机制研究,可挖掘功能基因并解析逆境响应调控网络,但单一组学难以全面阐明代谢物合成关键基因的调控机制,多组学联合分析可弥补这一缺陷,更精准解析关键功能基因的表达模式与调控逻辑。本研究整合生理生化、代谢组学与转录组学方法,解析PGPB介导的大蒜盐胁迫耐受机制,为揭示PGPB缓解大蒜盐毒害的表型生理、基因响应及植物激素调控规律提供理论支撑。
  2. 2.
    Materials and Methods
    研究采用从加拿大安大略省滑铁卢芦苇根际分离的假单胞菌UW4菌株,以LB培养基培养后调整菌悬液浓度为1.0×106CFU/mL用于接种。供试大蒜鳞茎经表面消毒后播种于灭菌蛭石中培育,待幼苗生长一致后移栽至含300 g灭菌蛭石的花盆,设置4个处理组:对照组(CK,蒸馏水灌溉)、盐胁迫组(SS,300 mM NaCl溶液处理)、菌株UW4接种对照组(CKP,菌悬液灌溉)、盐胁迫+菌株接种组(SSP,菌悬液溶于300 mM NaCl溶液处理),处理后0、5、10、15、20 d取样测定各项指标。农艺性状测定包括株高、叶长、叶宽、假茎粗、地上与地下部鲜重及干重,根系形态通过WinRHIZO软件扫描分析总根长、根表面积、平均根直径、根体积、根尖数及根投影面积。生理生化指标测定涵盖光合色素、可溶性蛋白、可溶性糖、抗坏血酸(AsA)、谷胱甘肽(GSH)、根系活力、超氧阴离子(O2?·)产生速率、MDA、H2O2含量,以及SOD、POD、CAT、APX、GR活性,均参照标准方法执行。植物激素检测采用LC-MS/MS平台,样品经甲醇/水/甲酸提取后定量分析8大类激素含量。转录组测序使用Illumina平台,数据经HISAT比对参考基因组,FeatureCounts计算基因表达量,通过FPKM评估表达水平,开展GO、KEGG富集分析及WGCNA共表达网络构建。分子实验部分通过Gateway克隆法构建载体,开展Western blot验证蛋白表达,利用农杆菌介导法转化拟南芥获得过表达株系,通过亚细胞定位观察蛋白分布,采用DAB染色法检测叶片H2O2积累情况。
  3. 3.
    Results and analysis
    3.1. Plant growth and physiological response
    盐胁迫(SS)逐渐抑制大蒜幼苗生长,表现为株高降低、叶宽变窄、假茎发育受阻,而接种UW4(SSP)显著缓解盐胁迫负面影响,植株长势旺盛、叶片健壮。与SS组相比,SSP处理在5-20 d期间株高、叶长、叶宽、假茎粗分别提升19.95%-26.55%、17.12%-29.18%、24.00%-29.63%、7.49%-17.39%,其中叶宽在第20天的增幅最大(29.63%)。生理适应性方面,盐胁迫显著抑制地上部干重与根系干重积累,而接种UW4后大蒜地上部鲜重与干重在5-20 d期间分别较SS组提升12.61%-70.55%、27.59%-75.76%,地下部相应指标提升28.64%-74.81%、20.69%-48.28%。
3.2. Root indices
盐胁迫显著降低根系总根长、根投影面积、根表面积、平均根直径、根体积及根尖数,其中根尖数在胁迫第5天降幅最大(102.81%)。接种UW4的大蒜根系生长表现更优,上述指标分别提升7.67%-15.91%、-6.89%-40.71%、7.99%-14.41%、7.91%-30.16%、16.10%-23.35%、9.65%-64.79%。盐胁迫下根系活力始终低于SSP处理,SS组在第10天根系活力降幅最大(25.00%),而SSP组在第5天根系活力较SS组提升91.67%,第20天根系活力达0.47 μg/g/h 鲜重,较SS组高76.19%。
3.3. Chlorophyll contents and contents of total sugar and protein
盐胁迫显著降低叶绿素a、叶绿素b及总叶绿素含量,而接种UW4可逆转这一趋势:处理第15天,SSP组叶绿素a含量达157.63 mg/g 鲜重,较SS组提升79.06%;第20天叶绿素b含量达112.01 mg/g 鲜重,较SS组提升22.51%;总叶绿素含量在UW4处理后较SS组提升7.01%-47.27%。可溶性蛋白方面,盐胁迫下叶片与根系可溶性蛋白含量较CK组降低8.03%-32.82%、16.08%-32.81%,而接种UW4后叶片与根系可溶性蛋白分别提升29.81%-93.13%、46.78%-93.13%。可溶性糖含量在各处理第20天均达峰值,SSP组叶片与根系可溶性糖分别较SS组提升19.12%、10.97%。
3.4. O2·?rate of production and H2O2, and MDA contents
盐胁迫下大蒜叶片与根系O2·?产生速率在处理5天后急剧上升,SS组叶片与根系O2·?峰值分别达6903.85 μg/g/min 鲜重、6909.62 μg/g/min 鲜重,接种UW4后叶片O2·?降至5166.35 μg/g/min 鲜重,降幅33.63%,SSP组较SS组进一步降低199.67%(降至2305.77 μg/g/min 鲜重)。H2O2含量在0-10 d期间于SS组叶片波动于44.40-48.61 nmol/g 鲜重,最终较初始值提升234.43%,根系提升174.31%,第10天叶片与根系H2O2峰值分别达105.01 nmol/g 鲜重、95.02 nmol/g 鲜重;SSP处理显著降低H2O2积累,叶片与根系分别较SS组降低143.25%、115.51%。MDA含量在盐胁迫后期(10-20 d)快速积累,SS组叶片第15天MDA达10.99 μmol/g 鲜重,接种UW4后降低446.77%;根系第20天MDA达11.35 μmol/g 鲜重,SSP处理使其降低40.30%。
3.5. Antioxidant enzymes and ascorbic acid (AsA) and glutathione (GSH)
AsA含量在SSP处理第15天达叶片峰值13.59 mmol/g 鲜重,较同期SS组高69.24%,0-20 d期间叶片与根系AsA分别较SS组提升8.60%-86.21%、47.40%-136.00%。根系GSH含量在SSP处理第15天达峰值4.26 mg/g 鲜重,较SS组提升47.40%。抗氧化酶活性方面,SS组叶片SOD活性第20天最低,接种UW4后提升240.65%;根系SOD活性在盐胁迫第5天为70.58 U/g·FW·min,UW4处理使其提升46.34%。POD活性在根系中对早期盐胁迫响应更快,叶片则在胁迫后期(10-20 d)响应显著,SS组叶片与根系POD活性较CK组降低179.28%-395.96%、-47.34%-173.96%,SSP处理使其分别提升12.94%-565.28%、22.93%-178.19%。CAT活性在盐胁迫第5天叶片与根系分别为1303.73 U/g·FW·min、1100.00 U/g·FW·min,SSP处理使其分别提升25.92%、1.58%,第15天叶片CAT活性较SS组提升157.32%。APX活性在盐胁迫下0-10 d持续上升后逐渐下降,接种UW4后则持续升高,叶片与根系APX活性分别较SS组提升34.79%-223.33%、66.80%-238.33%。GR活性在各处理第5天达峰值,叶片与根系分别为172.00 U/g FW、139.73 U/g FW,UW4处理使其分别提升15.51%、25.38%。
3.6. Principal Component and Correlation analysis
对4个处理的38项生理生化指标进行SIMCA-P分析,前两个主成分(PC1、PC2)累计解释94.35%的总方差。得分图中SS处理与氧化应激标志物(H2O2、O2·?、MDA)聚于同一象限,证实ROS是大蒜盐损伤的关键生物标志物;SSP处理则与抗氧化防御组分(SOD、POD、APX、GR等酶活性,AsA、GSH等非酶抗氧化剂,光合色素及可溶性蛋白、可溶性糖等渗透调节物质)共定位,表明UW4可缓解氧化胁迫。聚类热图进一步验证上述结果:盐胁迫显著升高叶片与根系H2O2、O2·?、MDA水平,而UW4接种显著提升盐胁迫下的叶宽、假茎粗与根系生物量,通过上调AsA、GSH含量及SOD、POD、APX、GR活性,同时促进渗透保护物质合成,增强大蒜耐盐性。
3.7. Metabolites principal component analysis and differences in phytohormone content between treatments
激素代谢组PCA显示4个处理组间差异显著,组内3次生物学重复离散度低,实验可靠性高。聚类热图检测到8大类植物激素,其中细胞分裂素与生长素种类最丰富,分别包含16种、14种化合物,其次为5种茉莉酸衍生物、2种水杨酸衍生物,ABA、乙烯、独脚金内酯各有1种衍生物。与正常生长CK组相比,盐胁迫(SS)显著诱导ABA、色氨酸相关生长素(TRP)、水杨酸(SA)积累;盐胁迫+菌株接种(SSP)处理则显著提升ABA含量、生长素衍生物MEIAA,以及顺式玉米素-O-糖苷(CzROG)、异戊烯基腺苷(IPR)、2-甲基巯基顺式玉米素核苷(2MeScZR)、反式玉米素核苷(tZOG)等细胞分裂素组分,赤霉素衍生物GA4、GA15,SA衍生物SAG,独脚金内酯衍生物5-脱氧独脚金醇(5DS)也呈上升趋势,而茉莉酸衍生物12-氧-植物二烯酸(OPDA)呈下降趋势。K-means分析将所有差异激素按变化趋势分为9类,筛选出19种差异激素,UW4处理主要降低盐胁迫下的茉莉酸与部分细胞分裂素含量,提升ABA、赤霉素、生长素含量。
3.8. Differential phytohormone analysis and KEGG enrichment
相关性分析显示ABA与生长素(IAA-Trp、IAA)、茉莉酸(OPDA、JA、H2JA)、细胞分裂素(tZR、tZ)呈负相关,与细胞分裂素(2MeScZR、cZROG、cZR、IPR、BAPR)、赤霉素(GA4、GA15)呈正相关;生长素(IAA-Trp、IAA)与茉莉酸(JA、H2JA、OPDA)、细胞分裂素(tZR、tZ)呈不同程度正相关,IAA-Trp与细胞分裂素(cZROG、2MeScZR、DHZR、mTR、cZR、IPR)呈负相关。差异激素按含量变化分为3类,与CK相比,SS显著降低ABA、GA15、cZR、IPR含量,而UW4显著提升了盐胁迫下的ABA水平。KEGG富集分析显示,CK与SS比较时差异激素主要富集于ABA通路,SS与SSP比较时也主要富集于ABA通路(p值=0.01,倍数变化=3.25),表明大蒜通过提升ABA水平减缓盐胁迫下的生长,而UW4可进一步增强ABA响应,将更多能量导向抗盐胁迫损伤,提升植物逆境适应能力。
3.9. Differential plant hormone metabolic pathway statistics
7种关键差异植物激素关联多条代谢通路,包括色氨酸代谢(ko00380)、二萜生物合成(ko00904)、类胡萝卜素生物合成(ko00906)、玉米素生物合成(ko00908)、植物次生代谢产物生物合成(ko01060)、萜类与甾体生物合成(ko01062)、植物激素生物合成(ko01070)、次生代谢产物生物合成(ko01100)、代谢通路(ko01100)、植物激素信号转导(ko04075),其中植物激素信号转导通路(ko04075)检测到的差异激素数量最多,主要为ABA。
3.10. Differential gene filtering and functional enrichment analysis
以|log2倍数变化|≥1且FDR<0.05为标准筛选差异表达基因,CK与SS比较共鉴定到726个差异基因,其中370个上调、356个下调;SS与SSP比较共鉴定到676个差异基因,其中396个上调、280个下调。GO富集分析显示,盐胁迫下差异基因主要富集于植物激素合成相关通路,共53个相关差异基因,主要富集于激素代谢过程(GO:0042445)、激素生物合成过程(GO:0042446);分子功能方面富集于激素结合(GO:0042562)、ABA结合(GO:0010427)等过程。接种UW4后差异基因主要富集于ABA激活的信号通路(GO:0009738)、ABA结合(GO:0010427)等过程,共66个植物激素相关差异基因,占所有差异表达基因的33.00%。K-means将差异激素相关基因按表达趋势分为10类,UW4处理主要下调盐胁迫下的2、3、4、7、10亚类基因表达,上调1、5、6、8、9亚类基因表达。KEGG分析显示,接种UW4后差异基因显著富集于植物激素信号转导与植物MAPK信号通路,其中激素信号通路富集的差异基因数量最多。
3.11. Selecting and characterizing the expression of plant hormone-related differential genes
KEGG富集到33个植物激素合成与信号转导相关差异基因,涉及ko04075、橄榄苦苷甾体生物合成(ko00905)、色氨酸代谢(ko00380)通路,其中植物激素信号通路差异基因数量最多,主要包括ABA受体基因、蛋白磷酸酶基因、生长素响应蛋白编码基因、含茉莉酸锌指结构域(ZIM)蛋白编码基因、橄榄苦苷甾体-6-氧化酶基因、吲哚-3-丙酮酸单加氧酶基因、L-色氨酸-丙酮酸转羧酶基因,其中ABA信号通路差异基因占比最高。
3.12. ABA signal transduction and IAA biosynthesis
与盐胁迫处理相比,接种UW4显著降低pyrabactin抗性1样蛋白(PYLs)活性,提升蛋白磷酸酶2C(PP2Cs)活性。盐胁迫通过抑制PYLs表达降低其对ABA的感知能力,减少PYLs与PP2Cs的结合,无法及时激活下游转录因子及其靶基因表达,导致气孔无法正常关闭、植物蒸腾作用增强,引发盐胁迫损伤;而接种菌株后PP2Cs表达显著上调,激活下游基因表达,通过降低细胞呼吸进一步提升耐盐性。生长素生物合成方面,细菌生长素(IAA)主要通过色氨酸依赖的吲哚-3-丙酮酸(IPA)途径合成:色氨酸经L-色氨酸-丙酮酸转氨酶基因(TAA1)催化生成IPA,再经黄素单加氧酶基因(YUCCA)催化合成IAA。盐胁迫显著抑制大蒜TAA1与YUCCA表达,降低内源IAA水平并导致生长抑制;而接种PGPB后TAA1与YUCCA表达显著上调,促进生长素生物合成。
3.13. Differential plant hormones and differential gene association analysis
K-means将所有差异表达激素与差异基因按表达模式分为2类:基因簇1与红色激素簇1(正相关,27个)、蓝色激素簇1(负相关,26个)表达模式一致;基因簇2与红色激素簇2(正相关,16个)、蓝色激素簇2(负相关,27个)表达模式一致。筛选相关系数大于0.8的差异基因与植物激素构建关联网络,共得到PP2C、PYL等20个差异基因与ABA、IAA等7种植物激素,其中ABA合成相关基因数量最多且相关性最强:PP2C1、PP2C2、PP2C3、PP2C4、PP2C5正向调控ABA合成与信号通路(r>0.9);PYL1、PYL2、PYL3及木葡聚糖内转糖基酶1/4(TCH1、TCH4)正向调控ABA合成。H2JA、tZR、IAA、JA均与PP2C1、PP2C2、PP2C3、PP2C4、PP2C5呈负相关;IAA与醛脱氢酶基因(ALDH)呈正相关,与PP2C2呈负相关。综上,ABA是PGPB提升大蒜耐盐性的最关键植物激素,PP2C是其调控盐胁迫的最核心基因。
3.14. PP2Cs and PYLs regulate transcription factors
通过WGCNA分析不同处理下所有转录因子与ABA信号转导关键基因(PYLs、PP2Cs)的相关性,共鉴定到2179个可能受PYLs与PP2Cs调控的转录因子,按表达模式相似性分为16个共表达模块。相关性分析显示,PYLs与MEbrown模块呈强正相关,PP2Cs与MEturquoise模块关联最强。MEbrown模块核心转录因子包括乙烯响应元件结合蛋白(EREBP1、EREBP2、EREBP3)、TCP21、油菜素唑抗性蛋白1(BZR1)、生长素氧化双加氧酶(DOPA);MEturquoise模块核心转录因子包括同源域-亮氨酸拉链(HD-ZIP)、未知锌指蛋白(UNK)、ABA响应元件结合因子(ABF)。PYLs通过TCP21、BZR1调控BR信号,PP2Cs通过HD-ZIP、UNK、ABF调控ABA响应,表明UW4可能通过调控核心ABA信号通路,协同调控生长素等相关通路,提升盐胁迫下大蒜的渗透稳态与胁迫适应能力。
3.15. AsPP2C subcellullar localisation and positive regulation salt tolerance
将AsPP2C-YFP与GV3101共注射烟草叶片,观察到AsPP2C-YFP与核定位标签共定位于细胞核,同时在质膜也有明显分布。构建YFP-AsPP2C #1-1与YFP-AsPP2C #7-2过表达株系,Western blot验证了AsPP2C蛋白表达;拟南芥过表达材料同样定位于细胞核与细胞质。在正常生长条件下,野生型Col与过表达株系生长势无显著差异;盐胁迫处理后,过表达株系生长显著优于Col。DAB染色显示,盐胁迫下Col叶片棕色结合区域最广,表明氧化胁迫最严重,而过表达株系棕色区域减少,说明AsPP2C可促进盐胁迫下大蒜生长。UW4处理进一步降低了拟南芥叶片ROS水平,表明UW4与AsPP2C协同增强大蒜耐盐性。生理指标量化结果显示,盐胁迫下过表达株系的株高、鲜重、干重、叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素含量均显著高于Col,进一步证实UW4与AsPP2C协同提升盐胁迫耐受性。
3.16. Strain UW4 significantly represses 1-aminocyclopropane-1-carboxylate oxidase (ACO) transcriptional level
qRT-PCR分析显示,盐胁迫显著诱导大蒜根系与叶片乙烯生物合成关键限速基因ACO的高表达:叶片中ACO在4 h、12 h、1 d、2 d、3 d均可检测到表达,12 h达峰值;根系中ACO在12 h、1 d、2 d、3 d表达显著上升,2 d达最大值。盐胁迫下接种UW4在所有检测时间点均显著抑制ACO表达,叶片抑制效应在12 h最强,根系在2 d最强,表明UW4通过转录水平下调ACO减少大蒜乙烯合成,为其促生功能提供了直接分子证据。
  1. 4.
    Discussion
    植物促生根际细菌(PGPB)是一类可缓解环境胁迫、促进植物生长的有益微生物,其促生机理包括直接提升土壤养分有效性、分泌植物生长素(IAA),以及间接通过调控光合作用、激活抗氧化酶系统等生理过程增强植物抗逆性。PGPB可通过降解1-氨基环丙烷-1-羧酸(ACC)降低乙烯水平,这是诱导植物耐盐最有效的机制之一。本研究中UW4接种显著缓解了盐胁迫对大蒜生长的抑制,处理20天后叶宽与根尖数分别提升29.63%、64.79%,可能与菌株分泌的IAA刺激主根伸长、增加侧根数与根毛密度有关。盐胁迫下大蒜ROS积累激活了SOD、POD、CAT、GR、APX等酶促防御系统及AsA、GSH等非酶抗氧化系统,相关性分析显示UW4与SOD、POD、GR活性呈显著正相关,表明该菌株可协同激活多种抗氧化酶,同时提升AsA-GSH循环效率,通过Halliwell-Asada途径清除H2O2,形成抗氧化级联反应网络,增强氧化胁迫防御能力。植物激素是介导植物适应环境变化的关键内源调控因子,盐胁迫会扰乱内源激素合成与代谢,而PGPB可通过调控植物激素代谢网络帮助宿主维持激素稳态。ABA是植物非生物胁迫响应的核心信号分子,盐胁迫下快速积累于根叶组织,外源ABA可提升SOD活性、抑制MDA积累、增加渗透调节物质含量,增强抗氧化酶活性以清除ROS、减轻氧化损伤,同时促进渗透调节物质合成、降低细胞渗透势、维持膜稳定性。本研究中接种益生菌的大蒜内源ABA水平显著升高,且与植物激素信号通路密切相关,推测UW4可能激活ABA依赖的基因表达,诱导气孔关闭、降低气孔导度,限制盐分随蒸腾流进入植物体,从而提升耐盐性。RNA-seq是解析植物非生物胁迫分子机制的重要工具,本研究转录组分析显示差异基因显著富集于ABA信号通路与生长素生物合成通路,其中ABA信号级联包含3个ABA受体基因(PYL)与4个蛋白磷酸酶基因(PP2C)。ABA浓度升高时,PYL与PP2C互作抑制PP2C磷酸酶活性,释放SnRK2激酶结合ABA响应元件(ABRE)启动下游生理响应。本研究中UW4接种进一步下调PYL表达,表明该菌株可能通过调控ABA信号敏感性增强耐盐性;同时UW4显著上调PP2C表达,强化了其在耐盐调控中的关键作用。WGCNA鉴定到的2179个转录因子分为16个共表达模块,MEbrown模块与PYLs强相关,富集EREBP1/2/3、TCP21、BZR1,其中TCP参与ABA信号互作,EREBP转录因子可增强植物耐盐性,TCP21调控BR生物合成基因影响胁迫下细胞伸长,BZR1整合BR与ABA信号激活胁迫响应基因;MEturquoise模块与PP2Cs强相关,富集HD-ZIP、ABF、UNK,ABF通过结合ABRE motif激活ABA响应基因,HD-ZIP调控离子转运与地上-地下物质运输以维持Na+/K+稳态。PP2C作为盐胁迫响应的关键基因,其功能存在物种与家族成员差异,本研究中AsPP2C参与经典ABA-PYL-PP2C-SnRK2核心信号通路,但其并非主要抑制下游激酶SnRK2的转录本,因此拟南芥过表达AsPP2C表现为ABA超敏表型与耐盐性提升。上述结果系统揭示了假单胞菌UW4通过调控ABA依赖的ROS清除与激素稳态增强大蒜耐盐性的分子机制,为盐碱地生态修复与作物安全生产提供了微生物策略依据。
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