高粱苗期耐盐性转录组分析和基因挖掘

[目的]探究高粱耐盐胁迫响应机制,挖掘高粱耐盐胁迫基因,为高粱耐盐育种提供理论基础.[方法]以高粱感盐品种L甜和耐盐品种石红1 37为供试材料,采用水培试验.待高粱植株长至三叶一心期,使用2％NaCl溶液对幼苗进行盐胁迫,分别设置0(对照)、1和24h处理,每个处理3次重复.测定不同处理样品株高、根长、干物重、Na+含量和叶绿素相对含量(SPAD值),并依托Illumina HiSeq 2000平台进行转录组测序分析.利用FPKM方法计算基因表达量,在差异表达基因检测过程中,将差异表达倍数(fold change)≥2且FDR＜0.001作为筛选标准.通过Gene Ontology和KEGG Pathway数据库对参与高粱不同时间盐胁迫差异表达基因进行分析注释.[结果]盐胁迫处理对高粱株高、根长、干物重等性状无显著影响,对钠离子含量和SPAD值影响显著.石红1 37株高、根长、钠离子含量和SPAD值均高于L甜.转录组测序结果鉴定得到已知基因26 628个,新基因866个.石红137中的差异基因数目高于L甜.石红1 37中,0hVS1h、0hVS24h、1hVS24h三组的差异基因数目分别为375、4 206和3 750个.感盐品种L甜中,0hVS1h、0hVS24h、1hVS24h三组的差异基因数目分别为167、2 534和1 612个.G0分析共获得25个功能注释,分别为光合作用、细胞物质代谢、翻译过程以及激素合成等与盐胁迫相关的差异表达基因.KEGG分析发现盐胁迫1h表达差异基因富集在植物激素信号转导途径,涉及脱落酸(abscisic acid,ABA)、生长素(auxin,AUX)、细胞分裂素(cytokinin,CTK)、赤霉素(gibberellins,GS)、乙烯(ethylene,ETH)过程等共71个基因.盐胁迫24h表达差异基因富集于光合作用相关途径,涉及Lhca、Lhcb、磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(phosphoenolpyruvate carboxylase,PPC)、磷酸核酮糖激酶(phosphorylribonucleic kinase,PRK)等20个基因.类黄酮生物合成代谢途径差异可能是引起石红1 37和L甜的耐盐能力差异的原因之一,花青素还原酶(anthocyanidin reductase,ANR)和黄酮醇合成酶(flavonol synthase,FLS)参与类黄酮生物合成途径.