基于轉(zhuǎn)錄組篩選脹果甘草根系鹽脅迫響應(yīng)關(guān)鍵基因

摘 要： 脹果甘草是種植面積最廣且適宜新疆氣候的一種甘草品種。鹽脅迫條件會(huì)特異性誘導(dǎo)脹果甘草中部分基因的表達(dá)，在轉(zhuǎn)錄組水平上研究差異表達(dá)基因應(yīng)對(duì)脅迫的表達(dá)模式，更有利于闡明抗逆調(diào)控的分子機(jī)制。本研究利用高通量測(cè)序技術(shù)Illumina2000 對(duì)鹽脅迫處理后的脹果甘草根系進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測(cè)序，鑒定到2 866 個(gè)誘導(dǎo)上調(diào)表達(dá)的基因，1 321 個(gè)誘導(dǎo)下調(diào)表達(dá)的基因。對(duì)所有差異表達(dá)基因進(jìn)行GO分析發(fā)現(xiàn)，這些基因主要參與酶活性變化、離子結(jié)合、氧化還原過程、防御反應(yīng)等。此外，通過KEGG分析發(fā)現(xiàn)，差異表達(dá)基因主要富集在核糖體、氧化磷酸化、疾病調(diào)控等代謝通路。本研究對(duì)脹果甘草抗鹽基因挖掘和今后采用分子生物學(xué)手段培育甘草新品種具有重要意義。

關(guān)鍵詞： 脹果甘草；鹽脅迫；差異表達(dá)基因

中圖法分類號(hào)： S 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1000-2324（2024）04-0605-08

甘草屬于豆科（Leguimnosae）甘草屬（Glycyrrhiza L.），是多年生草本植物，具有很高的藥用價(jià)值，在水土資源保護(hù)和工業(yè)領(lǐng)域也發(fā)揮著重要的作用［1］。甘草是干旱地區(qū)的自然資源之一，具有良好的抗逆性，廣泛分布在北緯N36°～N57°、東經(jīng)0～E126°、從低于海平面90 米到3 000多米的北半球。新疆作為重點(diǎn)產(chǎn)區(qū)之一，主要種植烏拉爾草（Glycyrrhiza uralensis）、光果甘草（Glycyrrhiza glabra）、脹果甘草（Glycyrrhizainflata）［2］，其中喀什、阿克蘇等南疆地區(qū)的甘草產(chǎn)量占全疆甘草產(chǎn)量的70%左右［3］。脹果甘草生長(zhǎng)環(huán)境年降水量達(dá)到4-70 mm，年蒸發(fā)量在2 200-3 000 mm左右［4］。新疆的脹果甘草不僅是一種傳統(tǒng)藥材，同時(shí)還對(duì)調(diào)節(jié)新疆的干旱氣候和保護(hù)荒漠性地表具有重要作用。全球有7%左右的土地受鹽漬化威脅，我國(guó)是土壤鹽漬化水平比較嚴(yán)重的國(guó)家［5］。其中，新疆灌區(qū)鹽漬化耕地面積占新疆灌區(qū)耕地總面積的32.07％［6］。鹽脅迫會(huì)嚴(yán)重?fù)p害細(xì)胞膜的完整性，影響植物的次級(jí)代謝產(chǎn)物和內(nèi)源激素的含量以及植物的正常光合作用［7］，減緩植物生長(zhǎng)過程并加速植物衰老過程，造成農(nóng)作物產(chǎn)量和質(zhì)量下降，制約農(nóng)產(chǎn)品及經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。為應(yīng)對(duì)不良環(huán)境的影響，植物自身往往形成一系列防御措施來緩解外界脅迫造成的傷害，包括改變滲透調(diào)節(jié)物的含量、調(diào)控促分裂原活化蛋白激酶級(jí)聯(lián)途徑中的相關(guān)酶類及代謝產(chǎn)物、形成離子區(qū)域隔離、調(diào)控耐鹽信號(hào)傳導(dǎo)途徑中的相關(guān)酶類、調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄因子在脅迫應(yīng)答過程中的表達(dá)等。

隨著轉(zhuǎn)錄組測(cè)序技術(shù)的不斷成熟，諸多動(dòng)植物、微生物均通過轉(zhuǎn)錄組測(cè)序獲得物種的基因信息。在本研究中，我們利用鹽脅迫處理后的脹果甘草進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測(cè)序，挖掘多個(gè)抗逆基因，通過對(duì)脅迫條件下的基因變化情況進(jìn)行分析，揭示脹果甘草應(yīng)對(duì)鹽脅迫的調(diào)控機(jī)制。這項(xiàng)研究為挖掘脹果甘草抗鹽相關(guān)基因及其在植物分子育種中的應(yīng)用提供理論依據(jù)。