该研究由Jianrong Guo、Chaoxia Lu、Fangcheng Zhao、Shuai Gao和Baoshan Wang共同完成，研究机构为山东师范大学生命科学学院山东省植物逆境重点实验室。该研究于2020年1月16日发表在期刊《Functional Plant Biology》上，题为“Improved reproductive growth of euhalophyte Suaeda salsa under salinity is correlated with altered phytohormone biosynthesis and signal transduction”。

学术背景

该研究属于植物生理学领域，主要探讨了盐生植物碱蓬（Suaeda salsa）在盐胁迫下生殖生长的改善机制，特别是植物激素在其中的作用。盐胁迫通常抑制作物的生殖生长和产量，但对盐生植物如碱蓬的生殖生长却有促进作用。然而，盐胁迫如何影响植物生殖生长的机制尚不明确。因此，该研究旨在阐明盐胁迫下碱蓬花发育过程中植物激素的作用，特别是赤霉素（GA）、生长素（IAA）、玉米素核苷（ZR）、脱落酸（ABA）和油菜素内酯（BRs）的合成和信号传导机制。

研究流程

研究分为以下几个步骤：

1. 植物材料与处理：碱蓬种子采自中国山东省黄河三角洲，经过至少6个月的低温储存后，分别在0 mM（对照）和200 mM NaCl条件下培养，直至种子成熟。每天进行两次灌溉，以保持盐浓度恒定。

2. 发育阶段的定义：研究定义了三个发育阶段：营养生长结束期（Stage 1）、盛花期（Stage 2）和晚花期（Stage 3）。在每个阶段，分别采集叶片、茎和花蕾，并立即冷冻保存，用于后续激素含量测定。

3. 内源植物激素的定量分析：使用液相色谱-质谱联用技术（LC-MS/MS）测定GA3、GA4、IAA、ZR、ABA和BRs的含量。每个处理设置三个生物学重复。

4. RNA提取、文库构建与测序：在花发育的早期阶段，分别从对照和NaCl处理的植物中采集花蕾，提取总RNA，构建测序文库，并进行RNA测序（RNA-seq）。使用Trinity和Corset进行转录组组装，并通过DESeq2进行差异表达基因（DEGs）分析。

5. 差异表达基因的功能注释：使用BLAST搜索对组装后的单基因进行功能注释，基于七个数据库（包括NCBI非冗余蛋白序列数据库和KEGG直系同源数据库）进行基因功能分类。

6. 定量PCR验证：选择12个与激素合成和信号传导相关的DEGs，进行定量实时PCR（qPCR）验证，以确认RNA-seq结果的准确性。

主要结果

1. 激素含量的变化：在营养生长结束期，NaCl处理的碱蓬茎中GA3、GA4、BR和ABA含量显著高于对照。在盛花期，NaCl处理的花器官中GA3、GA4、IAA和ZR含量显著增加。在晚花期，NaCl处理的花器官中GA3、GA4、IAA、ZR和ABA含量显著增加，而BR含量无显著变化。

2. 差异表达基因的分析：RNA-seq结果显示，NaCl处理的碱蓬花中有14348个DEGs，其中6807个上调，7541个下调。与激素合成和信号传导相关的DEGs中，25个上调，15个下调。特别是与ZR、IAA、GA、BR和ABA合成相关的基因在NaCl处理的花中显著上调。

3. 激素信号传导相关基因的表达：NaCl处理的花中，与激素信号传导相关的基因如CYP735A、CYP85A、GID1、NCED、PIF4、AHP、TCH4、SNRK2和ABF等显著上调，表明这些基因在盐胁迫下碱蓬花发育中起重要作用。

结论

该研究表明，盐胁迫通过上调植物激素合成和信号传导相关基因的表达，促进了碱蓬的生殖生长。特别是GA、IAA、ZR和BR在花发育中的含量增加，显著改善了碱蓬的生殖能力。这一发现为理解盐生植物在盐胁迫下的生殖机制提供了新的见解，并为利用盐生植物基因提高作物的耐盐性提供了理论依据。

研究亮点

1. 重要发现：盐胁迫显著提高了碱蓬花器官中GA、IAA、ZR和BR的含量，并通过上调相关基因的表达促进了生殖生长。
2. 方法创新：研究结合了LC-MS/MS激素定量分析和RNA-seq转录组分析，全面揭示了盐胁迫下碱蓬激素代谢和信号传导的变化。
3. 研究对象的特殊性：碱蓬作为一种典型的盐生植物，其在高盐环境下的生殖生长机制具有重要的生态和农业应用价值。

其他有价值的内容

该研究还提供了碱蓬在不同发育阶段激素含量变化的详细数据，为未来研究盐生植物生殖生理提供了重要的参考。此外，研究还鉴定了多个与激素合成和信号传导相关的关键基因，为基因工程改良作物耐盐性提供了潜在的靶点。