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我所在西瓜对盐胁迫的响应与耐受机制方面取得新进展

近日,我所与河南农业大学等单位联合在国际期刊《Frontiers in Plant Science》(二区,IF=5.9)发表题为“Comparative metabolomic and transcriptomic analysis revealing the role of salicylic acid for short-term response with arginine and myristic acid for long-term tolerance under salt stress in watermelon (Citrullus lanatus L.)”的研究论文。

西瓜是一种全球重要的园艺作物。西瓜对盐分具有适度的耐受性,这使其成为研究盐胁迫引发的响应及耐受机制的理想模式作物。该研究以两种西瓜纯合品系‘HY17’(盐敏感型)和‘HY73’(盐耐受型)为材料。将生长至三叶期的幼苗使用150mM NaCl分别进行2 d和 25 d的盐胁迫以模拟研究两品种在短期和长期的盐胁迫情况下的生长与生理反应。

通过比较代谢组结合抗性表型指标的胁迫指数分析,发现' ‘HY73’与‘HY17’相比,其源自苯丙氨酸代谢途径的水杨酸生物合成水平较高,这对西瓜在短期盐胁迫下的快速响应具有重要意义。精氨酸和肉豆蔻酸的积累则有助于长期盐胁迫耐受条件下进行渗透调节、清除活性氧及缓解膜脂过氧化中发挥作用。

同时,通过比较代谢组学与转录组的联合分析,发现天冬氨酸转氨酶基因(ASTs:Cla97C04G073110和Cla97C11G220050)和丙氨酸转氨酶基因(ALTs:Cla97C09G163470和Cla97C07G141140)的差异表达对于精氨酸生物合成至关重要;脂肪酸酰基-ACP硫酯酶B基因(FATBs:Cla97C06G119690)则是促进肉豆蔻酸生物合成以增强耐盐性的关键。此外与K+/Na+运输相关的差异表达基因,包括高亲和力钾转运蛋白基因(HKTs:Cla97C06 G123400)和低亲和力钾转运蛋白基因(KTs:Cla97C10G197240),以及SOS途径的关键成员(SOS2/CIPKs:Cla97C02G045030)和(SOS3/CBLs:Cla97C06G127530)被确为负责调节盐胁迫下细胞内离子平衡,从而发挥耐盐性作用。

上述结果系统勾勒了西瓜在盐胁迫下所展现出的短期响应与长期耐受性的完整的转录代谢机制,该研究为下一步培育耐盐西瓜提供了重要的关键代谢物基础和候选目标基因 。

河南农业大学潘好斌博士和我所李晓慧副研究员为共同第一作者;我所赵卫星研究员和河南农业大学张涛副教授为通讯作者。我所康利允副研究员、高宁宁副研究员参与了部分研究工作。该研究得到了国家西甜瓜产业技术体系(CARS-25)和河南省重大科技专项(241100110200)等项目资助。