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土壤盐渍化是制约作物生产的主要逆境因素之一。在我国,番茄作为重要的蔬菜作物,其生产也受到土地盐碱化的严重威胁。本研究针对收集到的27种栽培番茄和野生番茄进行了耐盐性比较实验,从中选出三个具有代表性的番茄种:耐盐野生番茄L.pimpinellifolium‘PI365967’,中度耐盐的栽培番茄L.esculentum‘moneymaker’,以及对盐敏感的野生番茄L Cheesmanii‘LA0317’。以此三者为实验材料,研究了盐胁迫对它们的种子发芽、苗期生长及生理特性的影响,并运用基因芯片技术研究了它们在转录组水平上对盐胁迫的响应,为全面了解野生番茄的耐盐机理提供了一定的依据。主要结果如下:
1.正常生长条件下,‘PI365967’和‘moneymaker’的发芽率均为100%;随着盐浓度的增加,两种番茄的发芽均出现推迟现象,但‘PI365967’的发芽率始终显著高于‘moneymaker’。在幼苗生长期,‘PI365967’和‘moneymaker’在盐胁迫下根和地上部分的生长均受到抑制,但后者受抑制程度更大;同时,‘PI365967’表现出了较高的存活率。说明‘PI365967’在芽期和苗期的耐盐性都较强。
2.从生理水平上说明了在盐胁迫下,‘PI365967’可能有一种限制Na+在地上部分积累的机制,从而减轻顶端生长点受盐胁迫的危害。这一点在基因表达上可能体现为几个CIPK基因在‘PI365967’中的特异上调表达。
3.利用基因芯片,比较了‘PI365967’与‘moneymaker’受盐胁迫的基因表达谱的变化。盐胁迫5 h后,‘moneymaker’中差异表达的基因多于‘PI365967’,分别有1386个和948个(fold change>=2或<=0.5,FDR<0.05)。其中在上调基因中,86个基因只在‘PI365967’中特异上调,362个基因只在‘moneymaker’中上调,409个基因在二者中共同上调。这些盐响应基因中,按功能可以分为胁迫防御、信号转导、ROS(Reactive Oxygen Species)的清除、细胞壁代谢、激素代谢等。基于对盐胁迫下转录组的分析,我们提出了在‘PI365967’中由水杨酸介导的活性氧清除系统的激活及SOS离子平衡信号途径可能在其耐盐性中起重要的作用。
4.利用基因芯片,比较了‘LA0317’与‘moneymaker’盐胁迫下基因表达谱的变化,发现‘moneymaker’在盐胁迫后差异表达的基因要远多于‘LA0317’。由此发现,与栽培番茄相比,野生番茄不论耐盐与否,在整体基因表达方面对盐胁迫的响应都比较小,即受盐调控的基因比较少。
5.我们采用Real-time PCR和Northern的方法分别验证了芯片结果。结果显示,所选基因的表达调控情况,与芯片的结果基本一致。