【摘 要】
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盐碱胁迫包括以NaCl为主的中性盐和以Na2CO3为主的碱性盐两种胁迫,中性盐对植物的胁迫机理已经被广泛报道,而碱性盐胁迫对植物作用机理的研究却相对较少。玉米是对盐碱中度敏感的作物,苗期尤为严重,玉米根部是最先响应盐碱胁迫的器官。转录组学研究可以从整体水平上反映细胞中基因表达情况及其调控规律,解析玉米对盐碱胁迫的抗性机制,并且是耐盐碱品种培育的理论基础。因此,基于数字基因表达谱分析,探究玉米苗期根
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盐碱胁迫包括以NaCl为主的中性盐和以Na2CO3为主的碱性盐两种胁迫,中性盐对植物的胁迫机理已经被广泛报道,而碱性盐胁迫对植物作用机理的研究却相对较少。玉米是对盐碱中度敏感的作物,苗期尤为严重,玉米根部是最先响应盐碱胁迫的器官。转录组学研究可以从整体水平上反映细胞中基因表达情况及其调控规律,解析玉米对盐碱胁迫的抗性机制,并且是耐盐碱品种培育的理论基础。因此,基于数字基因表达谱分析,探究玉米苗期根系在碱性盐胁迫条件下的应答机制和发掘耐碱基因具有重要意义。本研究在200份玉米自交系的耐碱鉴定基础上,以耐碱郑58和碱敏感昌7-2为试验材料,在100 mmol/L的Na2CO3（p H=11.2）以及超纯水对照对三叶一心期的玉米幼苗的根系分别进行5 h、24 h胁迫,使用Illumina平台完成测序工作,对测序结果进行系统生物信息学分析,最终采用荧光定量PCR方法对测序结果进行验证。主要研究结果如下:（1）以200份玉米自交系为试材,在100 mmol/L的Na2CO3碱胁迫条件下测定苗情和苗期耐碱率,采用聚类分析方法将全部自交系划分为5类,高耐、耐、中等、敏感、高感的材料分别为8、19、32、75、66份。其中,高耐碱的郑58（A）、碱敏感的昌7-2（B）被用于后续表达谱测序研究。（2）转录组测序表明,以CK为对照,在碱处理5 h、24 h时,耐碱材料（A）中分别有5863、8012个差异表达基因,碱敏感材料（B）中分别有5065、11421个差异表达基因。（3）GO富集分析表明,在5 h、24 h两个时间点,材料A、B分别有4638、6285、4077、9111个DEGs,主要注释到56种功能;显著富集的GO terms主要有脱落酸转运、脱落酸激活的信号通路等生物学过程,质体膜的组成部分、细胞器膜的固有成分等细胞组分,谷胱甘肽转移酶活性、镁离子结合等分子功能。（4）Pathway富集分析表明,两个材料在处理样品中被显著富集的是植物MAPK信号通路、植物激素信号转导。将部分显著富集的pathway通路结果与差异表达基因结合起来,找到上述显著富集通路上高表达的基因,这些高表达的基因被注释为蛋白磷酸酶2C家族蛋白、乙烯受体同系物2前体。（5）转录因子分析表明,所有差异表达基因中共有54个转录因子,可划分到10个转录因子家族中,分别为AP2、b HLH、b ZIP、C2H2、EIL、ERF、GRAS、MYB、NAC、WRKY。（6）本研究筛选了18个耐碱相关基因,包括GO term中10个差异表达显著的DEGs,Pathway富集通路中5个在耐碱材料中特异表达的DEGs,转录因子中3个差异表达显著的DEGs。从中选择Zm00001d028154、Zm00001d029744、Zm00001d002266、Zm00001d004762、Zm00001d006106、Zm00001d024853、Zm00001d040468、Zm00001d034453等8个基因进行q RT-PCR验证。Zm00001d028154、Zm00001d029744、Zm00001d040468等3个基因在耐碱材料中表达量高,且在不同时间点变化明显;在碱敏感材料中表达量较低且各时间点间无明显差异,这些基因可能在碱胁迫过程中发挥重要作用。
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