Int J Biol Macromol | 冬油菜耐盐碱分子机制新突破：bHLH142基因的转录组-代谢组联合验证

         2025年1月，甘肃农业大学农学院在期刊《International Journal of Biological Macromolecules》上发表了题为“Integrated transcriptome and metabolome analysis revealed molecular regulatory mechanism of saline-alkali stress tolerance and identified bHLH142 in winter rapeseed (Brassica rapa)”的研究成果。该研究通过评估不同耐盐性冬油菜品系在盐碱胁迫下的生理生化指标，筛选强耐盐碱株系；利用转录组技术研究油菜在盐碱胁迫下的基因表达变化，鉴定耐盐碱相关候选基因；同时运用代谢组学技术分析盐碱胁迫下油菜代谢物的变化，揭示耐盐碱相关的代谢通路与关键代谢物；最后通过转录组与代谢组数据的综合分析，解析油菜耐盐碱的分子机制，为耐盐碱冬油菜品种选育提供科学依据与技术支持。

        土壤盐渍化是导致耕地面积减少的主要问题之一。本研究通过发芽率和生理指标筛选出强耐盐碱品系，并利用转录组和代谢组分析方法探究了冬油菜耐盐碱胁迫的机制。结果表明，耐盐碱品种（SCKY-6-27）的超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）和可溶性蛋白水平高于盐碱敏感品种，而丙二醛（MDA）水平则较低。冬油菜主要通过参与植物 – 病原体互作、调节淀粉和蔗糖代谢、激活丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）信号通路等途径来响应盐碱胁迫。此外，加权基因共表达网络分析（WGCNA）显示涉及七个主要通路，其中最显著的是植物激素信号通路。转录组和代谢组的联合分析表明，在高盐碱胁迫条件下，差异表达基因和差异代谢物富集最显著的通路为淀粉和蔗糖代谢以及植物激素信号通路。通过对油菜在盐碱胁迫下的基因和代谢物进行全面筛选与分析，揭示了油菜响应盐碱胁迫的分子机制和代谢通路变化，为深入探索油菜抗盐碱机制提供了新方向。

图1 不同盐碱浓度对冬油菜苗期抗氧化系统和渗透调节物质的影响

图2 上调（ABC）和下调（DEF）的差异表达基因的维恩图

图3 差异表达基因的GO注释分类图(A)和GO富集弦图（BCD）

图4 盐碱胁迫下差异代谢物数量(A)与代谢途径分析(C)的对比

图5 差异代谢物KEGG富集气泡图(A)和网络图(B)

        最近的一项研究发现，耐盐碱材料中的超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）和过氧化氢（SP）含量高于盐敏感材料，而丙二醛（MDA）含量在盐碱浓度超过388 mM时，耐盐碱材料低于盐敏感材料。冬季油菜幼苗期的LC50值在315至479 mM之间，因此，SCKY-6-27被确认为幼苗期具有强耐盐碱性的品系。研究共鉴定出4510个基因，其中上调基因111个，下调基因80个，这表明耐盐品种中存在更适合应对非生物胁迫的上调基因。KEGG通路富集分析显示，植物主要通过参与植物-病原体相互作用、淀粉和蔗糖代谢、MAPK信号通路等途径来应对外部压力。转录因子预测表明，与盐碱耐受性相关的基因家族包括MYB、BHLH、AP2/ERF、NAC和C2H2。WGCNA分析显示，油菜的基因被分为23个模块，其中MEdarkolivegreen模块与油菜的盐碱耐受性基因关联最为紧密。该模块主要涉及植物激素信号传导、淀粉和蔗糖代谢以及苯丙素生物合成，其中22个差异表达基因主要参与这三个途径，7个基因在盐碱胁迫下表达水平较高。因此，这些节点和路径中显著富集的基因和转录因子家族是油菜品种对盐碱耐受机制反应的主要原因。当盐浓度增加时，苯丙氨酸生物合成、精氨酸和脯氨酸代谢以及半胱氨酸和甲硫氨酸代谢在冬季油菜的盐胁迫抗性中起着关键作用。在高盐胁迫下，差异表达基因和代谢物中最显著富集的途径包括淀粉和蔗糖代谢及植物激素信号传导，其中30个差异表达基因和12种差异表达代谢物与盐耐受性相关。这些差异基因和代谢物将有助于我们进一步阐明冬季油菜的盐耐受机制（图6A-B）。

图6 耐盐碱品种和敏感品种的生长模式图及对盐碱胁迫的响应（A-B）