基于高通量测序的转录组学研究相关文章,华大基因的经典案例

现代农业科技2011年第5期农业基础科学

盐生植物盐碱胁迫应答转录组学分析

霍达1

张恒2

戴绍军1，2*

2

（1哈尔滨师范大学生命科学与技术学院，黑龙江哈尔滨150025；东北林业大学盐碱地生物资源环境研究中心）

摘要土壤盐碱化严重影响植物的生长和分布，植物盐碱胁迫应答分子机制的研究已经成为热点。整合分析了盐芥、星星草、獐茅、盐地碱蓬、紫羊茅、海蓬子、刚毛柽柳等7种盐生植物盐碱胁迫应答转录组学的研究结果，为全面理解盐生植物应答盐碱胁迫的代谢调控机制提供线索。

关键词盐生植物；盐碱胁迫；转录组学；分析中图分类号Q786文献标识码A文章编号1007-5739（2011）05-0011-02

SaltandAlkali-responsiveTranscriptomicsinHalophyte

HUODa1ZHANGHeng2DAIShao-jun1，2*

（1CollegeofLifeSciencesandBiotechnology，HarbinNormalUniversity，HarbinHeilongjiang150025；2AlkaliSoilNaturalEnvironmentalScience

Center，NortheastForestryUniversity）

AbstractSoilsalinizationrestrictsplantdevelopmentanddistributionseverely.Researchesinsalinity-tolerantmolecularmechanismsinplanthavebeenhotspots.Thispapergivesanoverviewofsaltandalkali-responsivetranscriptomicresearchesinsevenspeciesofhalophytes，includingThellungiellahalophila，Puccinelliatenuiflora，Aeluropuslittoralis，Suaedasalsa，Festucarubrassp.Litoralis，SalicorniabrachiataandTamarixhispidwhichprovidesafundamentalunderstandingabouthalophytesaltandalkali-regulationmechanisms.

Keywordshalophyte；saltandalkali-stress；transcriptomics；analysis

随着世界盐碱化土壤面积的不断增加[1-2]，盐碱胁迫已经成为制约农业生产的重要非生物因素之一，因此深入研究植物耐盐机制并提高作物耐盐能力已经成为众多研究者关注的热点[3]。

转录组学研究策略作为一种高通量的研究方法，能够从整体上分析植物在盐胁迫应答过程中所有mRNA的变化情况[4]，随着这项技术的不断发展完善，人们已经利用CAP-

质子驱动力，通过质膜/液泡膜Na+/H+反向转运蛋白将Na+排出细胞外或者区隔化到液泡中来完成的[16-18]。转录组学研究为这些机制提供了证据。

盐碱胁迫处理的紫羊茅根中和刚毛柽柳中液泡型H+-

ATP酶基因都上调表达[13，15]，并且盐芥胁迫应答过程中也鉴

定到了上调表达的液泡膜内在同源蛋白基因和膜转运相关蛋白家族基因[8]。而在紫羊茅中NHx-转运子基因的表达在根中表现为上调[13]，表明紫羊茅可能通过增强根中的离子区隔化作用来减少叶片中Na+的摄入量，提高对于盐胁迫的耐受能力。

此外，多种维持细胞膜稳定和渗透平衡的基因在胁迫应答过程中也发生了变化。这主要包括：①非特异性脂质转移蛋白基因（LTP）。LTP编码的非特异性脂质转移蛋白能够促进脂质转移[15]，盐碱胁迫条件下，该基因的表达变化可能与维持膜质稳定和其他脂类运输有关。刚毛柽柳LTP基因在

trapper和CreatorTMSMARTTM试剂盒法分析了盐芥（Thell-ungiellahalophila）[5-8]、星星草（Puccinelliatenuiflora）[9-10]、獐茅

（Aeluropuslittoralis）[11]、盐地碱蓬（Suaedasalsa）[12]、紫羊茅（Festucarubrassp.Litoralis）[13]、海蓬子（Salicorniabrachiata）[14]、刚毛柽柳（Tamarixhispid）[15]等盐生植物应对盐碱胁迫的转录组变化特征，建立了盐碱胁迫相关cDNA文库和EST数据库，并利用反向Northern杂交分析技术

[10，14]

、5′cDNA末端

快速扩增（RACE）技术[14]、反转录PCR[7，13]、实时定量反转录

PCR[15]等辅助技术对转录组学所得到的盐碱胁迫相关基因

进行了功能分析，这些研究为植物耐盐碱基因的筛选提供了丰富信息。

本文通过整合分析上述盐生植物在应对各种处理强度盐碱胁迫时转录组表达模式的变化特征，揭示盐生植物中参与膜和转运、胁迫防御、转录、蛋白质代谢（翻译、转运和降解）和基础代谢等过程转录本的表达特征，为全面理解盐生植物应答盐碱胁迫的代谢调控机制提供线索。

NaHCO3处理24h时表达上调，而在52h时下调表达，此外盐芥应答盐胁迫过程中LTP基因的表达也发生了变化[15]。②水通道蛋白基因。水通道蛋白能够介导水的跨膜转运，盐

碱胁迫应答过程中獐茅、盐地碱蓬和紫羊茅水通道蛋白基因的表达变化表明盐生植物可能通过改变水分子的跨膜运输应答盐碱胁迫[11-13]。

2胁迫和防御相关基因

盐胁迫条件下，植物可以通过改变胁迫防御相关基因

1

的表达，清除毒性物质，提高对于胁迫的应答能力。胁迫相关基因主要包括：①氧化还原相关基因。金属硫蛋白和硫氧还原蛋白能够清除盐碱胁迫过程中产生的活性氧类物质，Gao等[15]发现，Na2CO3处理24h的刚毛柽柳中金属硫蛋白基因和硫氧还原蛋白基因均上调表达，表明胁迫应答过程中盐生植物可以通过增强抗氧化类物质表达清除活性氧类物质（ROS）并维持氧化还原平衡。②KIN基因。KIN基因编码的冷诱导同源蛋白（KIN蛋白）对于保护细胞组分具有重要意义，[7]。

膜和转运相关基因调节离子平衡

Na过量摄入会导致植物体内离子失衡，从而破坏细胞

+

膜结构、降低胞质酶活性、阻碍光合作用和代谢过程。植物对Na+的调节主要是利用质膜型/液泡型H+-ATP酶提供的

基金项目

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