氢气对马齿苋根盐胁迫影响的转录组分析
文章来源：admin发布日期：2023-07-28 18:22浏览次数：
内容仅限于知识科普，不代表对本公司产品的宣传。
马齿苋的发育可能会受到高盐浓度的影响。已经发现氢气增强植物的耐盐性。本研究的目的是调查氢气对盐胁迫下马齿苋根系生长作用及分子机制分析，用转录组法研究氢气对马齿苋耐盐性的影响。
在水培条件下，氢气显著降低电解液泄漏和丙二醛含量，显著增强氯化钠胁迫下马齿苋根系中超氧化物歧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶和抗坏血酸过氧化物酶的活性。转录组分析表明，氯化钠胁迫显著影响马齿苋根差异基因的表达。氢气的添加对差异基因的表达有显著影响，特别是在盐胁迫下。qRT-PCR分析用于确认RNA-seq结果。GO和KEGG分析表明，DEGs主要参与活性氧（ROS）代谢、植物激素信号转导和UDP-葡萄糖基转移酶活性。在转录水平上，ROS积累和清除；生长素、细胞分裂素、赤霉素、脱落酸信号转导；蔗糖合成和分解代谢，以及植物细胞壁成分的合成可能在氢气的影响的耐盐效应中起关键作用。这些发现对于更好地理解氢气的作用具有重要意义。为植物耐盐性提供特异性数据，为马齿苋耐盐基因的深入鉴定提供具体数据。
盐胁迫是严重影响作物发育和产量的主要非生物胁迫。世界上有超过1亿公顷的土地被盐碱化。随着全球气温的升高和耕地的减少，研究人员越来越关注土壤盐胁迫的原因以及如何提高作物的耐盐性。马齿苋是一种重要的药用和食品同源植物和一种普遍分布的盐生植物，对盐胁迫表现出很高的耐受性，可以有效地吸收基质中的盐。严重的盐胁迫会影响马齿苋的生长并降低其产量和质量。根不仅是植物的重要器官，也是非生物胁迫信号诱导和转导的重要组成部分。然而，与地上部分相比，盐胁迫对植物根系生长的影响因素及相关生理和分子机制的报道较少。据观察，盐胁迫显着缩短了柑橘和棉花幼苗（多毛棉）的根长，氢气可以调节抗氧化酶的活性，影响植物生长调节剂在叶和根中的合成和分布，并影响柑橘根系中的基因表达。
转录组学已被广泛用于研究植物耐盐性的机制。已经证实，盐反应基因的表达和转录在植物耐受盐的能力中起着至关重要的作用。大量研究表明，盐胁迫由多个基因控制。盐胁迫诱导的ROS增加导致氧化应激和细胞膜损伤。植物通过调节抗氧化酶基因表达、信号转导、渗透压和离子稳态来调节抗氧化系统的动态平衡。Xie等人（2018）发现ROS产生和清除相关基因的差异表达与柑橘（Citrus junos）的耐盐性有关。转基因马铃薯（Solanum tuberosum）植物过表达CuZn超氧化物歧化酶基因PaSOD和抗坏血酸过氧化物基因RaAPX表现出增强的盐胁迫耐受性。抗坏血酸过氧化物酶基因OsAPXa或OsAPXb和组成型谷胱甘肽S-转移酶基因OsGSTU4表达的过表达分别增强了水稻（水稻）和拟南芥的耐盐性。
许多植物激素是重要的内源性分子，以提高植物对盐胁迫的耐受性和敏感性。脱落酸（ABA）、赤霉素（GA）和吲哚-3-乙酸（IAA）是盐胁迫反应的关键调节因子。研究表明，根系中的ABA可以保护菊芋（Helianthus tuberosus）由于盐胁迫而的光合系统。植物对盐胁迫的响应也与ABA合成和信号转导有关。在柑橘的盐胁迫下，发现2个ABA合成基因NCED和ABA信号基因、PP2018C和PYR/PYL/RCAR在柑橘根中差异表达。IAA信号传导和植物耐盐性之间已经建立了联系。通过RNA-seq，Xie等人发现与IAA分布和降解以及生长素反应相关的基因受到柑橘根系盐胁迫的显着调节。Cackett等人还发现生长素参与维持拟南芥盐水条件的生长，这与“对生长素的反应”途径的基因富集有关。
最近的研究表明，氢气作为一种信号分子，在调节植物发育和生长方面发挥作用，可以增加植物对非生物胁迫源的恢复力。然而，氢气关于盐胁迫马齿苋的发展和生长及其相关机制尚未描述。由于盐胁迫，马齿苋抗氧化酶的活性显着改变。Xing等人（2020）发现马齿苋的耐盐性与叶片中参与乙烯和ABA合成的基因的差异表达有关。因此，一个重要的假设需要验证，即氢气通过影响重要基因的差异表达，特别是抗氧化酶和激素合成信号传导相关基因的差异表达，可提高马齿苋的耐盐性。基于之前的研究，这项研究是在250 mM 氯化钠胁迫下进行的，模拟了浮动水培系统（无曝气），以及外源性氢气分析了马齿苋的耐盐性及其分子机制。研究结果对于实现根系对植物耐盐性的分子机制和氢气在此过程中。
结果表明，氯化钠胁迫下氢水添加通过提高根细胞膜的完整性、减少膜脂质过氧化和增强抗氧化酶的活性，显著提高了马齿苋盐胁迫的抵抗力。转录组研究证实，氯化钠胁迫下氢水添加显著影响抗氧化酶相关基因，包括POD、SOD、CAT和GPX相关基因，以及生长素和ABA信号转导的基因表达。还发现在氯化钠胁迫下，氢水对UDP-葡萄糖基转移酶活性途径的33个基因上调。这种基因的差异表达，特别是ABA信号转导，可能是马齿苋中氢水增加耐盐性发展的重要原因。这项工作丰富了氢气分子机制的研究盐胁迫作用，将为耐盐马齿苋种质资源的筛选提供众多候选基因。
