该研究由南京林业大学风景园林学院的Su-Ming Guo、东南大学建筑学院的Ying Tan、南京林业大学风景园林学院的Han-Jie Chu、Mei-Xia Sun以及江苏省沿海地区农业科学研究所的Jin-Cheng Xing共同完成，并于2019年7月23日发表在《PLOS ONE》期刊上。研究题为“Transcriptome sequencing revealed molecular mechanisms underlying tolerance of Suaeda salsa to saline stress”，旨在揭示盐生植物碱蓬（Suaeda salsa）对盐胁迫耐受性的分子机制。

学术背景

碱蓬是一种广泛分布于欧亚大陆的一年生盐生植物，具有较强的耐盐性。尽管已有研究表明，适度的盐胁迫（50-200 mM NaCl）能够促进碱蓬的光合作用和生长，但高盐胁迫（>200 mM NaCl）则会显著抑制其生长。然而，碱蓬对高盐胁迫的耐受机制尚未完全阐明。为了更好地理解盐生植物在盐胁迫下的适应机制，研究团队通过转录组测序技术，分析了碱蓬在盐胁迫下的基因表达变化，并探讨了其耐盐性的分子基础。

研究流程

研究主要分为以下几个步骤：

1. 种子萌发实验：研究团队使用不同浓度的海水盐溶液（0.94‰、1.88‰、3.75‰、7.5‰、15‰和30‰）处理碱蓬种子，观察其萌发率。实验结果表明，碱蓬种子在盐浓度高达7.5‰时仍能萌发，但在30‰盐浓度下萌发率显著降低。

2. 幼苗盐胁迫处理：碱蓬种子在去离子水中萌发后，幼苗被移植到含有沙子和Hoagland营养液的塑料容器中培养。两周后，幼苗被分别用30‰盐浓度的海水盐溶液和对照处理（Hoagland营养液）进行处理，处理持续10天。

3. 转录组测序：在处理结束后，研究团队收集了碱蓬的叶片和根部样本，提取总RNA，并进行Illumina测序。测序数据上传至NCBI，参考编号为PRJNA512222。研究团队使用Trinity软件进行转录组组装，并通过DESeq2软件进行差异表达基因（DEGs）分析。

4. 生物信息学分析：研究团队对差异表达基因进行了GO（Gene Ontology）和KEGG（Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes）通路富集分析，以揭示盐胁迫下碱蓬的分子调控机制。

5. 实时定量PCR验证：为了验证转录组测序结果的可靠性，研究团队选择了部分差异表达基因进行实时定量PCR（qPCR）验证，结果与转录组测序数据一致。

主要结果

1. 差异表达基因：与对照组相比，盐胁迫处理下碱蓬叶片和根部分别有68,599和77,250个基因显著差异表达。KEGG富集分析表明，光合作用、碳水化合物、脂类和氨基酸代谢通路在盐胁迫下均被下调，这可能抑制了碱蓬的生长。

2. 离子运输调控：盐胁迫下，Na+/H+交换体、V-H+ ATP酶、胆碱单加氧酶、钾离子和氯离子通道的基因表达上调，这有助于缓解Na+和Cl-的过度积累。

3. 抗氧化机制：Fe-SOD、谷胱甘肽、L-抗坏血酸和类黄酮等抗氧化相关基因的表达均上调，表明碱蓬在盐胁迫下启动了多种抗氧化机制。

4. 植物激素信号通路：植物激素信号转导通路，特别是生长素、乙烯和茉莉酸信号通路在盐胁迫下均被上调，这些通路在离子运输和抗氧化相关基因的调控中起重要作用。

5. 细胞壁相关基因：盐胁迫下，碱蓬叶片中的漆酶、纤维素合成酶和纤维素合成酶相互作用蛋白的基因表达显著上调，表明细胞壁重塑在碱蓬的耐盐性中起重要作用。

结论

该研究通过转录组测序技术，全面揭示了碱蓬在盐胁迫下的分子调控机制。研究结果表明，盐胁迫抑制了碱蓬的光合作用和代谢通路，但通过上调离子运输、抗氧化机制和植物激素信号通路，碱蓬能够有效应对盐胁迫。这些发现为理解盐生植物的耐盐机制提供了新的见解，并为培育耐盐作物提供了理论基础。

研究亮点

1. 首次全面揭示碱蓬耐盐分子机制：该研究首次通过转录组测序技术，系统分析了碱蓬在盐胁迫下的基因表达变化，揭示了其耐盐性的分子基础。
2. 多种耐盐机制的协同作用：研究发现了碱蓬在盐胁迫下通过多种机制（如离子运输、抗氧化和植物激素信号通路）协同应对盐胁迫的复杂调控网络。
3. 应用潜力：该研究为培育耐盐作物提供了重要的理论基础，具有潜在的应用价值。

其他有价值的内容

研究还发现，盐胁迫下碱蓬的类黄酮生物合成通路被激活，这可能在抗氧化和耐盐性中起重要作用。此外，细胞壁相关基因的上调表明，细胞壁重塑也是碱蓬应对盐胁迫的重要策略之一。这些发现为进一步研究碱蓬的耐盐机制提供了新的方向。