Abstract
苦蕎麥（Fagopyrum tataricum）是一種黃酮含量較高的營(yíng)養(yǎng)作物。但是，蕎麥?zhǔn)且环N鹽敏感的甜土作物，土壤鹽分對(duì)蕎麥的生長(zhǎng)和產(chǎn)量有顯著影響。本研究對(duì)鹽脅迫下蕎麥的轉(zhuǎn)錄組和代謝組進(jìn)行了綜合分析，以了解鹽脅迫對(duì)蕎麥的影響。從所有樣本中共獲得50,681,938個(gè)clean reads。獲得94,950個(gè)unigene，平均長(zhǎng)度1133bp，N50長(zhǎng)度1900bp。其中，63305個(gè)unigene（66.7%）能夠匹配到公共數(shù)據(jù)庫中。對(duì)照組和鹽處理組的轉(zhuǎn)錄組表達(dá)模式比較表明，4098個(gè)單基因表達(dá)上調(diào)，3292個(gè)單基因表達(dá)下調(diào)。此外，還發(fā)現(xiàn)與氨基酸、脂肪和核苷酸代謝有關(guān)的基因?qū)}脅迫最敏感。此外，許多參與次級(jí)代謝產(chǎn)物生物合成的基因在處理后發(fā)生了顯著變化，影響了苯丙酸生物合成和類黃酮生物合成通路。采用色譜分析法檢測(cè)處理后樣品中黃酮、類胡蘿卜素、氨基酸和有機(jī)酸的含量差異：鹽脅迫后，蘆丁（干重12.115mg/g）顯著增加；而6種類胡蘿卜素（葉黃素、玉米黃質(zhì)、13Z-β-胡蘿卜素、α-胡蘿卜素、E-β-胡蘿卜素和9z-β-胡蘿卜素）對(duì)鹽脅迫無顯著反應(yīng)。最終，該數(shù)據(jù)為蕎麥的未來研究提供了一個(gè)有價(jià)值的資源，并可作為未來分析蕎麥代謝物網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)。
Introduction
- 鹽分是影響食品生產(chǎn)和質(zhì)量的環(huán)境因素之一。高鹽度會(huì)限制作物的生長(zhǎng)、發(fā)育和產(chǎn)量。鹽脅迫有滲透脅迫、離子脅迫和次生脅迫三種途徑。高鹽度能改變鹽和離子濃度，具有毒性作用并且能夠改變重要代謝途徑。大多數(shù)作物對(duì)鹽敏感，胞漿中的高鈉濃度抑制許多代謝和生理過程。高濃度的Na離子也能引起植物的二次脅迫，包括有毒化合物的積累和營(yíng)養(yǎng)平衡的破壞。在擬南芥、油菜、水稻和幾種植物中，對(duì)耐鹽機(jī)理進(jìn)行了系統(tǒng)研究。之前研究表明，油菜在形態(tài)、生理和生化水平上與在分子水平上對(duì)高鹽反應(yīng)的變化。次生代謝物在植物對(duì)生物和非生物脅迫的反應(yīng)中起著重要作用。許多研究表明，鹽脅迫嚴(yán)重影響次生代謝產(chǎn)物的合成，包括類胡蘿卜素、花青素類黃酮等，這些化合物可以作為一種酶清除劑，減少活性氧的損傷，保護(hù)植物的細(xì)胞結(jié)構(gòu)和大分子。
- 轉(zhuǎn)錄因子在植物發(fā)育和對(duì)環(huán)境脅迫的反應(yīng)中起著重要作用。報(bào)道了植物中有許多轉(zhuǎn)錄因子參與脅迫反應(yīng)。MYB73通過調(diào)節(jié)小麥的脅迫響應(yīng)基因提高了鹽脅迫下的離子抗性?！谒?、小麥、番茄和其他植物中也報(bào)道了轉(zhuǎn)錄因子對(duì)生物或非生物脅迫反應(yīng)的調(diào)控，包括NAC、WRKY和bZIP等。
- 苦蕎和相關(guān)研究簡(jiǎn)介
- 蕎麥次生代謝產(chǎn)物的合成受環(huán)境因素的影響很大。據(jù)報(bào)道，外源茉莉酸甲酯（MeJA）處理后，花芽中黃酮類化合物的含量主要是上調(diào)和積累的。L-苯丙氨酸和發(fā)光二極管（led）處理苦蕎芽后，酚類化合物和花青素的積累明顯增加。蕎麥?zhǔn)且环N對(duì)鹽敏感的植物性谷類作物，土壤鹽分對(duì)蕎麥的生長(zhǎng)和產(chǎn)量有顯著影響。此外，鹽脅迫也影響蕎麥的代謝合成。據(jù)報(bào)道，當(dāng)蕎麥芽在高鹽度條件下處理時(shí)，γ-氨基丁酸（GABA）和類黃酮的產(chǎn)生會(huì)發(fā)生變化。然而，鹽對(duì)蕎麥轉(zhuǎn)錄和代謝活性的綜合影響尚未被廣泛報(bào)道。
- 為了全面了解蕎麥的耐鹽調(diào)控機(jī)制，本研究采用轉(zhuǎn)錄組和代謝產(chǎn)物譜分析方法研究了鹽脅迫對(duì)蕎麥耐鹽性的影響。轉(zhuǎn)錄組測(cè)序篩選鹽脅迫下的差異表達(dá)的基因。用色譜分析法檢測(cè)主要代謝物，特別是黃酮類和類胡蘿卜素。本研究為蕎麥耐鹽分子機(jī)理的深入研究提供了基礎(chǔ)信息。
Result
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蕎麥轉(zhuǎn)錄組組裝和分析
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蕎麥轉(zhuǎn)錄組功能注釋和分類
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蕎麥響應(yīng)鹽脅迫的差異表達(dá)基因
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鹽脅迫下苦蕎代謝物的含量
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蕎麥響應(yīng)鹽脅迫的類苯基丙烷代謝通路的轉(zhuǎn)錄組和代謝組調(diào)控
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蕎麥響應(yīng)鹽脅迫的類胡蘿卜素代謝通路的轉(zhuǎn)錄組和代謝組調(diào)控
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Discussion
植物進(jìn)化出了復(fù)雜的生理適應(yīng)來幫助它們應(yīng)對(duì)各種各樣的環(huán)境壓力，包括鹽分的增加。這種抗應(yīng)激性通常是通過各種初級(jí)和次級(jí)代謝產(chǎn)物來實(shí)現(xiàn)的。花色素苷的積累主要是在冷脅迫下苦蕎芽下胚軸的表皮和皮層細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)的。根據(jù)小麥代謝分析，在鹽脅迫下，5種參與糖酵解、TCA循環(huán)和莽草酸途徑的代謝物在小麥幼苗葉片中顯著增加或減少。各種代謝物，包括抗壞血酸、生物堿、類胡蘿卜素、類黃酮、酚類物質(zhì)、生育酚等，與植物內(nèi)各種應(yīng)激源密切相關(guān)，這些代謝物主要作為非酶清除劑來保護(hù)植物免受鹽脅迫。
Reference
Comparative Transcriptome and Metabolic Profiling Analysis of Buckwheat (Fagopyrum Tataricum (L.) Gaertn.) under Salinity Stress
原文
