盐胁迫是限制作物产量的重要因素。小麦的耐盐性要强于大部分作物。近年来,国际小麦基因组联盟已经发布了小麦高质量基因组,这使小麦基因表达和蛋白质组学方面的研究准确性大大提高。根系在小麦耐盐过程中起关键作用。在本研究中,我们用150 m M Na Cl溶液对20日龄的小麦植株处理了6天。为了揭示小麦根系对盐胁迫的响应机制,我们分析了小麦根系在盐胁迫下的蛋白表达谱,同时测定了20种氨基酸、14种碳水化合物、8种主要植物激素、离子含量和耐盐基因表达。主要结果和结论如下:1.渗透调节作用。盐胁迫仅仅抑制了小麦根系乳糖的积累,并没有影响其他碳水化合物的积累。然而,在盐胁迫下,小麦根系中天冬氨酸、脯氨酸、谷氨酰胺和丙氨酸的浓度显著升高。这说明,在小麦根系应对盐胁迫的渗透调节过程中,氨基酸比碳水化合物作用更明显。2.植物激素响应。在本研究中,我们测定了小麦根中水杨酸(SA)、赤霉素A1(GA1)、赤霉素A3(GA3)、茉莉酸(JA)、二氢玉米素、反式玉米素、吲哚-3-乙酸(IAA)和脱落酸(ABA)的含量。结果表明,在盐胁迫处理后,小麦根中ABA、JA、SA和GA1的浓度升高,而对照组和胁迫组GA3、IAA、二氢玉米素和反式玉米素的水平相似。ABA是调节植物盐胁迫响应的最重要的激素。为了研究ABA信号系统在小麦根抗盐中的作用,我们分析了ABA信号系统中两个关键基因的表达,这两个关键基因分别是蛋白磷酸酶2C(PP2C)和ABA响应元件结合因子(ABF)。结果表明,盐胁迫使小麦根系ABF基因的表达显著上调,PP2C基因的表达显著下调。PP2C可以抑制ABA介导的过程,而ABF是ABA介导的过程的正调节因子。我们认为,盐胁迫通过下调ABA信号抑制因子和上调ABA信号正调节因子的表达,来诱导小麦根系ABA信号转导,进而触发下游ABA介导的耐盐响应。此外,JA、SA和GA1可能也在小麦根耐盐中起重要作用,值得深入研究。3.蛋白质组学分析。我们使用Q-Exactive LC-MS-MS平台进行无标记蛋白组学分析。我们在小麦根中检测到2536种蛋白质。差异积累蛋白(DAP)被定义为在胁迫和对照条件下,蛋白丰度变化(胁迫/对照)>2且校准后的P值<0.05的蛋白。按照这一标准,我们共发现了194个DAP,其中上调的蛋白共170个,下调的蛋白共24个。我们对所有DAP进行了KEGG和GO富集分析。KEGG和GO富集分析结果表明,盐胁迫增强了几种能量生产途径包括氧化磷酸化、ATP产生ADP和丙酮酸代谢过程。这可能是小麦根系对盐胁迫的适应性响应。在这194个DAP中,有许多与耐盐有关。盐胁迫明显上调20个耐盐蛋白的丰度,包括热休克蛋白、谷胱甘肽S-转移酶、脱水素、过氧化物酶、钾通道beta亚基、v型H+-ATP酶酶、超氧化物歧化酶[CuZn]、14-3-3蛋白、硫氧还蛋白、苹果酸脱氢酶。液泡Na+/H+逆向转运蛋白是使液泡中钠离子区域化的最重要的耐盐蛋白。液泡型Na+/H+逆向转运蛋白由V-H+-ATPase驱动。我们发现,在Na Cl胁迫下,小麦根系中V-H+-ATPase的丰度增加,说明在盐胁迫下Na+会将液泡上的V-H+-ATPase激活。此外,我们还发现小麦根中与Na+区域化有关的另一个重要蛋白14-3-3表达上调。在盐胁迫下,高等植物的SOS途径调节钠离子的区域化和排出。而14-3-3蛋白能与Ca2+结合,调节SOS通路。在盐胁迫下,小麦根系中14-3-3蛋白的丰度显著增加。高丰度的14-3-3蛋白可能通过SOS途径促进Na+区域化进入液泡。此外,两种脱水蛋白在小麦根中的丰度也有所增加。在盐胁迫下,上调的脱水蛋白可能起到防止胞质脱水和蛋白聚集的作用,并限制Na+和Cl-向细胞质的移动。抗坏血酸过氧化物酶(APX)、谷胱甘肽-S-转移酶(GST)和三种硫氧还蛋白被明显上调。这些抗氧化酶可能在盐胁迫下的小麦根系清除活性氧过程中起关键作用。综上所述,在小麦根系对盐胁迫的响应过程中,氨基酸比碳水化合物有更大的渗透调节作用。盐胁迫通过下调ABA信号系统的抑制因子和上调ABA信号系统的正调节因子来诱导小麦根系中的ABA系统信号转导,从而触发下游ABA介导的抗盐反应。非标蛋白质组学定量分析确定了可能的关键盐反应蛋白,包括V-H+-ATPase、14-3-3蛋白和许多抗氧化酶。对DAP的KEGG和GO的富集分析结果表明,盐胁迫增强了几种能量产出途径,这可能为小麦根耐盐提供更多的能量。