‘宝岛蕉’在盐胁迫下的生理响应与转录组分析_魏军亚.pdf

分子植物育种，2023 年，第 21 卷，第 3 期，第 958-965 页Molecular Plant Breeding,2023,Vol.21,No.3,958-965研究报告Research Report宝岛蕉 在盐胁迫下的生理响应与转录组分析魏军亚1刘跃威2魏守兴1程世敏1刘德兵2*1 中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所,国家热带果树品种改良中心,儋州,571737;2 海南大学应用科技学院,儋州,571737*通信作者,摘要为揭示盐胁迫下香蕉的生理特性与转录组变化，以 宝岛蕉 幼苗为材料，设置盐胁迫和正常(对照)处理，分别测定 宝岛蕉 叶片相对含水量、叶绿素、可溶性糖、可溶性蛋白、根系活力、MDA、SOD 和POD 活性，脯氨酸和膜透性等与逆境相关的生理指标的变化，并用转录组测序的方法对差异表达基因进行GO、KEGG 等分析。结果显示，盐胁迫下 宝岛蕉 MDA、SOD 和 POD 变化非常明显，与对照相比，植株受到盐胁迫后的 MDA 活性升高了 2.64 倍，SOD 活性升高了 1.75 倍，POD 活性升高了 1.77 倍，而可溶性蛋白、膜透性和可溶性糖含量升高较少，相对含水量和叶绿素含量降低也不显著。转录组分析结果表明，与对照相比，盐胁迫处理样品上调基因 1 113 个，下调基因 2 265 个，对差异基因进行 GO 注释和功能富集性分析，有3 378个差异基因注释到数据库中。KEGG 分析结果表明，有 691 个 DEGs 分布在 19 个代谢途径上。盐胁迫条件下共注释到 48 个差异表达转录因子，包括 WRKY、MYB、NAC 和 bHLH 等多种类型。研究结果为候选抗性基因的挖掘和筛选奠定了理论基础。关键词宝岛蕉;盐胁迫;生理特性分析;转录组分析Physiological Response and Transcriptome Analysis of Baodao Banana un-der Salt StressWei Junya1Liu Yuewei2Wei Shouxing1Cheng Shimin1Liu Debing2*1 Key Tropical Crops Germplasm Utilization,Germplasm Research Institute of Tropical Crops of Chinese Academy of Tropical Agriculture Sciences(Ministry of Agriculture P.R.of China),Danzhou,571737;2 Applied Science and Technology College,Hainan University,Danzhou,571737*Corresponding author,DOI:10.13271/j.mpb.021.000958AbstractIn order to reveal the physiological characteristics and transcriptome changes of banana under saltstress,the seedlings of Baodao Banana were treated with salt stress and normal(control)treatment.The changes ofphysiological indexes related to stress,such as relative water content,chlorophyll,soluble sugar,soluble protein,root activity,MDA,SOD and POD activities,proline and membrane permeability,were measured respectively,ThedifferentiallyexpressedgeneswereanalyzedbyGOandKEGGbytranscriptomesequencing.Theresults showedthat the changes of MDA,SOD and POD in Baodao Banana under salt stress were very obvious.Compared withthe control,the MDA activity,SOD activity and POD activity increased by 2.64 times,1.75 times and 1.77 times,while the contents of soluble protein,membrane permeability and soluble sugar increased less,and the relative wa-ter content and chlorophyll content decreased not significantly.Transcriptome analysis showed that,comparedwith the control,1 113 genes were up-regulated and 2 265 genes were down regulated in salt stress treated sam-ples.GO annotation and functional enrichment analysis were carried out for differential genes,and 3 378 differen-基金项目：本研究由海南省自然科学基金项目(320RC726)、海南省科技项目(ZDYF2022XDNY196)和海南省高等学校科学研究项目(Hnky2020ZD-3)共同资助引用格式：Wei J.Y.,Liu Y.W.,Wei S.X.,Cheng S.M.,and Liu D.B.,2023,Physiological response and transcriptome analysis of Bao-dao banana under salt stress,Fenzi Zhiwu Yuzhong(Molecular Plant Breeding),21(3):958-965.(魏军亚,刘跃威,魏守兴,程世敏,刘德兵,2023,宝岛蕉 在盐胁迫下的生理响应与转录组分析,分子植物育种,21(3):958-965.)tial genes were annotated into the database.KEGG analysis showed that 691 DEGs were distributed in 19 metabolicpathways.A total of 48 differentially expressed transcription factors were annotated under salt stress,includingWRKY,MYB,NAC and bHLH.The results laid a theoretical foundation for the mining and screening of candi-date resistance genes.KeywordsBaodao banana;Salt stress;Physiological characteristic analysis;Transcriptome analysis土壤盐碱化是最常见的非生物胁迫之一，目前已成为对生态环境影响较大的一个世界性问题，中国近年来土地盐碱化面积也在不断增加，对生态环境及农业生产造成了严重的威胁。在植物生长过程中不可避免地会面临各种各样的非生物胁迫，为适应生存环境的变化，植物在受到胁迫下会相应地调整生理生化变化和基因表达。近年来，随高通量测序技术日趋成熟，越来越多的植物开展转录组研究，在植物胁迫响应机制揭示、关键基因挖掘等方面取得了显著进展。基于高通量测序的转录组分析可以揭示植物耐盐的分子机制(付畅等,2013)。相关研究在菜豆(Phaseolus vulgarisL.)、芨芨草(Achnatherum splendens L.)、沙棘(Hippo-phae rhamnoidesL.)等植物中已有报道(Hizetal.,2014;Liuetal.,2016;宋彬等,2017)。香蕉是著名的热带水果，是世界热区重要的经济作物，在国际贸易中面积和产量仅次于柑桔类水果，居世界第二位。香蕉也是一些发展中国家和地区当地农民的主要粮食，被联合国粮农组织认定为仅次于水稻、小麦、玉米之后第四重要的粮食作物。香蕉产业是中国热区农业的支柱性产业，主要在广东、广西、福建、台湾、海南、云南等地种植。香蕉生产在中国热带、亚热带作物生产和农业产业结构调整中具有极其重要的社会意义和经济效益。宝岛蕉 是目前中国香蕉的主栽品种，因其较高的抗枯萎病特性及高产、稳产等优点，在中国香蕉枯萎病疫区种植面积不断扩大，并有逐步取代其他抗枯萎病品种的趋势，具有广阔的推广应用前景(张欣等,2014)。在香蕉生产中，对水肥需求较大且对盐胁迫敏感，盐胁迫会导致香蕉生长缓慢，产量减低。中国香蕉种植区大多位于沿海地区，由于海水倒灌及不合理的灌溉，土壤盐碱化日益严重(赵韦,2019)。土壤盐碱化不仅导致土壤的化学性质下降，还会导致土壤的物理结构出现问题，影响水和养分的吸收(张蓉蓉,2019,现代农业科技,(21):178-179)，当前，国内外对香蕉的相关研究主要集中在 巴西蕉 抗盐生理特性上(陶亮等,2010,王文昌等,2016)，而对其他品种在盐胁迫下植株体内的酶活性的变化以及抗性生理生化和分子方面等研究较少。因此，本研究以 宝岛蕉为材料，用 NaCl 模拟盐胁迫，研究盐胁迫条件下的生理响应和转录组的变化，从生理水平和分子水平对其抗盐胁迫机制进行研究，探索 宝岛蕉 抗盐的生理和分子机制，为其在生产和育种的应用提供参考。1结果与分析1.1盐胁迫对宝岛蕉相对含水量、膜透性和MDA含量的影响植物在盐胁迫状态下，其细胞浓度低于外界环境中的离子浓度，植物细胞因此严重失水，造成膜结构的破坏，电导率反映电解质外渗的程度，电导率数值越高则证明膜系统受害的程度越大。相较于对照，处理组的叶片膜透性有所升高，说明盐胁迫使得 宝岛蕉 叶片的细胞膜透性增大，而盐胁迫 宝岛蕉 叶片相对含水量则稍低于对照，表明 宝岛蕉 有一定程度的盐胁迫耐受性，盐胁迫对 宝岛蕉 幼苗的水分代谢影响较小。MDA 是一种有机化合物，能与膜结构上的蛋白质和酶结合、交联而使其失去活性，并破坏膜的结构，进而改变膜的透性。结果显示(图 1)，与对照相比，处理的 MDA 含量在盐胁迫后显著提图1 盐胁迫下叶相对含水量,膜透性(A)和 MDA 含量(B)的变化Figure 1 Changes of leaves relative water content,relative con-ductivity(A)and MDA activity(B)under NaCl stress宝岛蕉 在盐胁迫下的生理响应与转录组分析Physiological Response and Transcriptome Analysis of Baodao Banana under Salt Stress959分子植物育种Molecular Plant Breeding图 2 盐胁迫下可溶性糖,可溶性蛋白(A)和根系活力、脯氨酸含量(B)的变化Figure 2 Changes of soluble sugar content,soluble protein con-tent(A)and root activity,Pro content(B)under NaCl stress高，高于对照 2.64 倍。1.2盐