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新疆盐渍化侵蚀土壤面积达1100万公顷,约占全国盐渍土面积的三分之一,整个地球陆地盐渍化也在不断加剧,影响农业生产。盐胁迫对植物造成多种损伤,主要包括离子胁迫、渗透胁迫、氧化胁迫等,这些胁迫会抑制植物生长,消耗植物内部能量加剧植物死亡。然而这些毒害作用都不可避免的会损伤到植物细胞的基因组DNA,激发DNA损伤应激通路传递信号,调控基因表达。因此,探究耐盐植物是如何通过自身防御系统来抵御外界胁迫对机体的伤害,成为农业研究领域的热点。新疆盐生植物盐穗木(Halostachys caspica)生长在干旱荒漠环境中,是藜科(Chenopodiaceae)盐穗木属(Halostachys),其茎、叶发育成肉质化同化枝,以减少水分的散失,成为典型的耐盐植物,是研究耐盐机制的理想材料。经过前期研究盐穗木耐盐的生理生化特点及筛选耐盐相关基因功能研究,发现对盐穗木耐盐的生理分子机制缺乏全面系统的研究,因此本课题组以RNA-seq测序技术对盐穗木盐胁迫响应转录组进行测序,期望获得完整的物种信息,在转录水平上对盐穗木耐盐机制进行系统全面的认识及研究。调取盐穗木盐胁迫响应转录组中16个DNA损伤应激通路相关基因,通过q RT-PCR技术检测其在盐胁迫下表达规律,初步绘制DNA损伤修复途径信号通路图,检测盐胁迫下基因组DNA甲基化程度,分析盐胁迫、DNA甲基化水平变化与损伤应激基因表达三者间的联系,对植物耐盐机理进行深入研究。主要研究内容如下:1.采用不同浓度(100,300,500,700 mmol/L)的Na Cl溶液对盐穗木幼苗进行盐胁迫处理不同时间,分别检测16个DNA损伤应激通路相关基因在盐穗木同化枝和根中的表达模式,即:盐穗木根中9个基因Hc Cif7(Chromosome transmission fidelity 7)、Hc Rad17(Radiation sensitive17)、Hc Mlh3(Mut L homolog3)、Hc Msh3(mismatch repair(MMR)gene,Msh3)、Hc Dmc1(Disruption of meiotic control 1)、Hc Pig1(Programmed cell death(PCD)in male gametogenesis)、Hc Rev3(Recovery protein 3)、Hc Rev1(Recovery protein 1)、Hc DNA Polλ(DNApolymeraseλ);盐穗木同化枝中7个基因Hc Sim(Serine trans hydroxy methyltransferase)、Hc Vtc2(Vitamin C defective 2)、Hc Tz(Vitamin C thiazole)、Hc Ros1(Repressor of silencing1)、Hc Xbp2(Homolog of xeroderma pigmentosum complementation group B 2)、Hc Rps3(Resistance to pseudomonas syringae 3)、Hc Bip2(Binding immunoglobulin protein 2)。结果显示:仅Hc Pig1基因随盐胁迫浓度增加、时间延长,呈现出表达量下降趋势。其余基因大致都是随着盐胁迫浓度的增加、时间的延长而表达量增高,说明其对盐胁迫同时具有浓度依赖性和时间依赖性。2.结合q RT-PCR验证盐穗木DNA应激通路修复相关基因的表达图谱,初步绘制了盐胁迫响应的DNA损伤应激通路相关基因参与的损伤修复途径网络图。分析发现:盐穗木盐胁迫下主要是通过核苷酸切除修复途径、碱基切除修复途径、链断裂修复途径、非同源末端连接途径、DNA跨损伤修复途径、错配修复、同源重组这7种途径进行DNA损伤修复。3.根据本课题组前期对盐胁迫下盐穗木的转录组的测序结果,调取盐穗木DNA损伤应激基因Hc Dmc1、Hc Tz的开放阅读框序列,通过软件分析这几个DNA损伤应激基因核酸序列理化性质,与其他物种同源性分析、功能结构域和活性位点分析,及表达组织特异性。研究结果显示:这些基因都具有特定的损伤修复基因基序、结构域和活性位点,通过不同的损伤修复途径对盐穗木抵御盐胁迫做贡献。4.用基因组DNA甲基化检测试剂盒,检测不同浓度(100,300,500,700 mmol/L)Na Cl胁迫处理下盐穗木同化枝和根的基因组DNA甲基化水平,结果显示:在盐胁迫诱导下,盐穗木同化枝和根都随盐胁迫浓度增高、时间延长基因组DNA甲基化水平降低,并且盐穗木同化枝的DNA甲基化水平高于根。本文重点研究了盐穗木去甲基化酶基因Ros1(Repressor Of Silencing 1)介导的DNA去甲基化。并且发现DNA甲基化水平与Ros1基因的表达量呈负相关性。