高粱种质资源耐盐性鉴定及盐胁迫下全长转录组分析

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日益严重的土壤盐渍化对现代农业生产造成了巨大的危害。高粱(Sorghum bicolor(L.)Moench)既是世界五大粮食作物之一,又是耐盐性很强的抗逆作物。开展高粱耐盐性研究、筛选出一批综合耐盐能力优良的高粱品种对开发利用盐渍化土地、增加粮食产量和维持农业可持续发展具有重要意义。本研究以270份中国高粱种质为研究对象,分别进行了芽期200 mmol L-1和苗期100 mmol L-1的NaCl胁迫试验,测定芽期发芽势、发芽率以及苗期的相对叶绿素含量(SPAD)、苗长、根长、苗鲜重、根鲜重、苗干重、根干重等指标。通过计算芽期、苗期盐胁迫下性状值占对照性状值的百分比表明,参试品种芽期相对发芽势、相对发芽率范围分别为0%98.89%、18.06%117.74%,盐胁迫下相对发芽势变化差异显著。苗期相对叶绿素含量、相对苗长、相对根长、相对苗鲜重、相对苗干重、相对根鲜重、相对根干重变化范围分别为59.54%120.19%、52.48%111.82%、46.73%148.97%、27.43%134.94%、30.48%140.70%、21.62%151.02%、31.46%133.05%。采用隶属函数值分析结合聚类分析对参试高粱芽期和苗期的耐盐能力综合评定,鉴定出芽期高度耐盐材料107份,耐盐材料67份;苗期高度耐盐材料5份,耐盐材料49份;其中,来自河北的大红粮(00000450)在芽期和苗期均表现高度耐盐,可作为后续全生育期耐盐鉴定和耐盐育种的优异资源。对芽期隶属函数值排名以及苗期隶属函数值排名结果进行相关性分析表明,芽期与苗期耐盐性没有显著相关性;对苗期耐盐性筛选试验筛选出的的苗期最耐盐品种圪红(00000601)和最敏盐品种(00013200)在150 mmol L-1NaCl条件下分别胁迫0、6、24、48h进行Nanopore全长转录组测序分析,主要结果如下:(1)完成24个样本的全长转录组测序,每个样本得到的全长序列个数从5,289,450到11,501,746不等,所有一致性转录本序列比对到参考基因组后进行去冗余分析,最终获得66751条转录本序列。去冗余后的转录本进行SSR预测,共得到16914个SSR。对所有样本去冗余后的转录本与参考基因组已知注释进行比较分析,其中新基因位点2475个,新发现转录本41,631个。对新发现的转录本进行序列结构分析,共预测出20878个完整ORF序列和1318个lncRNA,并完成了38185个新转录本的功能注释。对新转录本进行转录因子预测,共预测到3185个转录因子。(2)耐盐品种和敏盐品种分别有18443和18060个基因表达,其中盐胁迫处理后各样本共同特异表达的基因分别为728和268个。(3)耐盐品种圪红盐胁迫6、24、48h分别有1596、2432、647个基因差异表达,上调基因分别有1026、1517、307个,下调表达基因分别有570、915、340个;敏盐品种褐高粱分别有758、316、472个基因差异表达,其中上调表达基因分别有453、165、347个,下调表达基因分别有305、151、125个;耐盐品种差异表达基因数量远多于敏盐品种,差异表达基因的共表达模式STEM分析表明,两个品种差异表达基因显著富集的表达趋势完全不同。(4)结合GO富集和KEGG富集分析表明,耐盐品种3个时间点富集结果存在差异,而敏盐品种相同富集的条目较多,两个品种差异表达基因主要参与催化活性、膜组成部分、蛋白质的翻译加工水解、氨基酸的合成代谢、光合作用、类黄酮合成代谢等相关过程。对两个品种盐胁迫后富集到盐胁迫响应(GO条目)的差异表达基因进行分析,耐盐品种有81个基因富集到该条目,而敏盐品种仅有26个基因,其中有11个基因在两个品种中都存在差异表达。LOC8080517基因在两个品种表达量相差上百倍且在两个品种中表达模式完全不同。(5)耐盐品种盐胁迫前后分别有5940个差异表达转录本,其中鉴定到的差异表达转录因子190个;敏盐品种有2339个差异表达转录本,差异表达转录因子58个。
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