长叶红砂(Reaumuria trigyna)为柽柳科(Tamaricaceae)红砂属(Reaumuria L.)的一种盐生小灌木,中国特有种,作为古地中海孑遗植物和具盐腺的泌盐植物,其对荒漠草原干旱和盐渍化环境具有独特的适应性。近些年来,本项目组从形态结构、生理生态特征以及耐盐分子机理等方面对长叶红砂开展了深入研究。然而,目前针对长叶红砂盐胁迫诱导的基因表达调控和代谢物动态积累机制还缺乏系统的生物信息学研究。本研究首次以珍稀泌盐植物长叶红砂为研究对象,开展中性盐和碱性盐胁迫下转录组测序和广泛靶向代谢组分析,对比两种盐胁迫下长叶红砂基因转录和代谢产物积累调控机制;同时基于转录组数据对参与调控植物黄酮合成途径的转录因子RtMYBC1基因功能进行初步验证。研究结果对于解析植物的抗逆机制和挖掘可用于作物和牧草遗传改良的基因工程具有重要的理论意义和实践价值。主要结果如下:1.中性盐和碱性盐胁迫下长叶红砂转录Nirmatrelvir半抑制浓度组测序分析共得到359045个Unigenes,平均长度803,分别鉴定出12151个和9288个差异表达基因(Different Expression Genes,DEGs),其中中性盐胁迫下显著上调和下调的DEGs分别为7059和5092个,碱性盐胁迫下显著上调和下调的DEGs分别为5241和4047个;两种胁迫下共有的DEGs 4255个,其中1734个DEGs显著上调,2521个DEGs显著下调。GO条目分析显示,两种盐胁迫下的DEGs主要富集到细胞过程和代谢过程,细胞和细胞区域,结合和催化活性;KEGG富集分析发现,两组DEGs均在光合作用相关信号通路、MAPK信号通路和类胡萝卜素的生物合成通路富集程度最高。2.差异表达基因(DEGs)聚类分析发现,中性盐和碱性盐胁迫下,长叶红砂中分别有451和385、222和177个DEGs富集到转录因子和植物激素信号通路上。其中,差异表达的转录因子属于35个转录因子家族,AP2/ERF、MYB、WRKY、NAC、b ZIP、b HLH等家族占比较高。植物激素信号通路中,促生长激素如生长素和细胞分裂素相关DEGs下调表达居多,可能在调控植物生长抑制中发挥重要作用;应激激素中脱落酸、乙烯和茉莉酸信号通路中一些关键激酶、转录因子大多上调表达,参与植物应激调控。总体来讲,中性盐胁迫组中转录因子和植物激素信号通路差异表达基因数量多于碱性盐胁迫组。3.中性盐和碱性盐胁迫下,长叶红砂中分别有133和123、158和145、133和74个DEGs富集到光合系统、淀粉与蔗糖代谢通路、苯丙烷代谢通路上,中性盐胁迫下差异表达基因均多与碱性盐胁迫。其中参与光反应阶段的光系统Ⅰ、光系统Ⅱ、F型ATP合成酶、叶绿素合成等的DEGs以下调表达为主,表明两种盐胁迫全面抑制了长叶红砂的光合作用;而淀粉与蔗糖代谢通路中,参与葡萄糖和果糖等单糖合成相关酶以及参与淀粉降解的关键酶α淀粉酶和β淀粉酶的DEGs以上调表达为主,与淀粉合成酶相关的DEGs以下调表达为主,表明长叶红砂在光合作用被抑制的情况下,主要通过上Staurosporine作用调淀粉降解和单糖合成基因以及下调淀粉合成基因的表达,促进可溶性糖的积累来应对两种盐胁迫。苯丙烷类代谢通路DEGs主要注释到木质素合成相关途径,表明木质素代谢途径活跃。4.中性盐、碱性盐胁迫下长叶红砂代谢组分析结果显示,共检测到10类541种代谢物,其中初级代谢物包括:氨基酸代谢物76种、核苷酸代谢物40种、脂质51种、有机酸43种;次级代谢物包括:酚酸类124种、黄酮类139种、木脂素和香豆素14种、鞣质11种、萜类9种、其他34种。5.对中性盐、碱性盐胁迫下长叶红砂中初生代谢物进行分析,共检测出76种氨基酸、40种核苷酸及其衍生物51种,显著差异氨基酸代谢物分别为34和23种、核苷酸代谢物24和21种、脂质类代谢物25和33种。积累量下降的氨基酸代谢物数量远多于上升的,表明两种盐胁迫都会引起长叶红砂部分氨基酸的降解;同时S-烯丙基-L-半胱氨酸在2种盐胁迫下特异性积累,N-(3-吲哚乙酰基)-L-丙氨酸、N-乙酰-DL-色氨酸、S-(5-腺苷)-L-高半胱氨酸、乙酰色氨酸和酪胺的积累在中性盐胁迫下增加最多,而1,2-N-甲基哌啶酸、L-焦谷氨酸、N-乙酰-DL-色氨酸和酪胺的积累量在碱性盐胁迫下增加最多,这些氨基酸的积累可能在长叶红砂应对两种盐胁迫时发挥了重要作用;核苷酸及其衍生物中,c AMP和c GMP上调最为显著,分别增长9.6和10.7、4.1和5.5倍,中性盐胁迫组中2′-脱氧肌苷、脱氧胞苷和脱氧腺苷的含量明显高于碱性盐胁迫组,推测这些核苷酸代谢物在长叶红砂应对中性盐和碱性盐胁迫中发挥重要作用。有多种溶gold medicine血磷脂在两种盐胁迫下含量显著增加,且在中性盐胁迫组中的含量要远远大于碱性盐胁迫组。6.对中性盐、碱性盐胁迫下长叶红砂中有机酸和苯丙烷次生代谢产物进行分析,共检测出显著差异有机酸代谢物31和34种、酚酸类代谢物57和55种、黄酮类化合物45和51种。其中在中性盐、碱性盐胁迫组中特异性变化的有机酸有11和8种,共同变化的有8种,半乳糖醛酸含量仅在中性盐胁迫下增加,莽草酸的含量在碱性盐胁迫下增多,莽草酸是莽草酸途径的关键代谢物之一,可能在一定程度上起到了重新配置碳源的功能。咖啡酰苯甲酰酒石酸和3,5-二-O-没食子酸在两种盐胁迫后积累大幅增加,推测这两种酚类酸在长叶红砂响应中性和碱性盐胁迫中发挥积极作用;碱性盐胁迫组中棕榈酰没食子酸甲酯、3,4-二甲氧基肉桂酸和短叶苏木酚酸的含量比中性盐胁迫组高的多,这可能对长叶红砂在碱性胁迫下促进营养物质的吸收起到积极作用。黄酮类化合物中金圣草黄素-O-葡萄糖醛酸、香叶木素-7-O-葡萄糖醛酸苷和3-O-乙酰短叶松黄烷酮在两种盐胁迫下特异性积累;3种以杨梅素为母核黄酮类物质(杨梅素-O-葡萄糖醛酸、杨梅素和杨梅素-3-O-鼠李糖苷-7-O-鼠李糖苷)和丁香亭在两种盐胁迫下积累均上调。7.RtMYBC1功能初步验证发现,过表达RtMYBC1增强了转基因拟南芥对干旱和盐的耐受性,苯丙烷途径功能基因At PAL,At CHS,At F3H被显著诱导,且直接或间接调控抗氧化酶基因和脯氨酸合成基因,增加抗氧化酶活性和脯氨酸含量。