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小豆芽期耐盐种质资源筛选与耐盐机制分析
王金燕, 石琨, 吕青啡, 袁政, 李晨浩, 张泽燕, 闫建俊, 闫虎斌, 朱慧珺, 郝青婷, 赵雪英, 张耀文, 高伟, 王茜
作物学报    2026, 52 (10): 2939-2960.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2026.64051
摘要   （314） HTML （1） PDF（pc） （4797KB）（87）  

盐碱地面积的不断扩大对作物生产构成严峻挑战, 挖掘小豆耐盐种质并解析其耐盐分子机制, 对扩大小豆适种区域、保障粮食安全具有重要意义。本研究以110份小豆种质资源为研究对象, 利用隶属函数和主成分分析, 将11个生长指标简化为3个综合指标, 并筛选出耐盐品种东掌小红豆和盐敏感品种特红3号。生理生化指标测定显示, 东掌小红豆在抗氧化和渗透调节能力方面显著优于特红3号。转录组分析发现, 相比对照组, 在盐处理组的东掌小红豆和特红3号中分别鉴定出3801个和7811个差异表达基因。经GO和KEGG分析表明, 这些基因主要参与代谢过程、细胞过程等生物学途径; 结合转录组和qRT-PCR鉴定到3个可能与耐盐相关的基因(LOC108343245、LOC108346293、LOC108331871), 这3个基因主要参与淀粉和糖代谢途径。本研究筛选出小豆耐盐种质, 并推测鉴定到的耐盐基因可能通过参与淀粉和糖代谢途径来调控小豆耐盐, 为培育小豆耐盐新品种和盐碱地利用提供了理论依据。


编号
No.		 名称
Name		 来源
Source
XD001 赤豆 Chidou 中国甘肃 Gansu, China
XD002 红豆 Hongdou 中国河南 Henan, China
XD003 陕州红小豆Shaanzhouhongxiaodou 中国河南 Henan, China
XD004 石门红豆 Shimenhongdou 中国河南 Henan, China
XD005 东掌小红豆Dongzhangxiaohongdou 中国河南 Henan, China
XD006 油城红小豆Youchenghongxiaodou 中国河南 Henan, China
XD007 东齐红小豆Dongqihongxiaodou 中国河南 Henan, China
XD008 大籽绿小豆Dazilyuxiaodou 中国陕西 Shaanxi, China
XD009 鹤壁白小豆Hebibaixiaodou 中国河南 Henan, China
XD010 长垣红小豆Changyuanhongxiaodou 中国河南 Henan, China
XD011 东吴老家小豆 Dongwulaojiaxiaodou 中国河南 Henan, China
XD012 东关红小豆Dongguanhongxiaodou 中国河南 Henan, China
XD013 子洲红小豆-1 Zizhouhongxiaodou-1 中国陕西 Shaanxi, China
XD014 子洲红小豆-2 Zizhouhongxiaodou-2 中国陕西 Shaanxi, China
XD015 子洲红小豆-3 Zizhouhongxiaodou-3 中国陕西 Shaanxi, China
XD016 子洲小粒红豆Zizhouxiaolihongdou 中国陕西 Shaanxi, China
XD017 子洲红小豆-4 Zizhouhongxiaodou-4 中国陕西 Shaanxi, China
XD018 响水红小豆Xiangshuihongxiaodou 中国陕西 Shaanxi, China
XD019 关镇红小豆Guanzhenhongxiaodou 中国陕西 Shaanxi, China
XD020 洛川老红小豆Luochuanlaohongxiaodou 中国陕西 Shaanxi, China
XD021 宜君红小豆Yijunhongxiaodou 中国陕西 Shaanxi, China
XD022 红小豆 Hongxiaodou 中国陕西 Shaanxi, China
XD023 同红8号 Tonghong 8 中国山西 Shanxi, China
XD024 汾小豆9号 Fenxiaodou 9 中国山西 Shanxi, China
XD025 晋小豆9号 Jinxiaodou 9 中国山西 Shanxi, China
XD026 冀红12512 Jihong 12512 中国河北 Hebei, China
XD027 冀红04096 Jihong 04096 中国河北 Hebei, China
XD028 唐红73-9 Tanghong 73-9 中国河北 Hebei, China
XD029 保红201449-1 Baohong 201449-1 中国河北 Hebei, China
XD030 保红201221-6 Baohong 201221-6 中国河北 Hebei, China
XD031 BH2013-1253-2 中国河北 Hebei, China
XD032 202002-1 中国山西 Shanxi, China
XD033 202002-2 中国山西 Shanxi, China
XD034 冀红0015 Jihong 0015 中国河北 Hebei, China
XD035 特红3号 Tehong 3 中国山西 Shanxi, China
XD036 晋小豆10号 Jinxiaodou 10 中国山西 Shanxi, China
XD037 红饭豆 Hongfandou 中国甘肃 Gansu, China
XD038 环县黄小豆Huanxianhuangxiaodou 中国甘肃 Gansu, China
XD039 环县麻小豆Huanxianmaxiaodou 中国甘肃 Gansu, China
XD040 汝阳白小豆Ruyangbaixiaodou 中国河南 Henan, China
XD041 林州红小豆Linzhouhongxiaodou 中国河南 Henan, China
XD042 湖滨红小豆Hubinhongxiaodou 中国河南 Henan, China
XD043 湖滨绿小豆Hubinlyuxiaodou 中国河南 Henan, China
XD044 陕州绿小豆Shaanzhoulyuxiaodou 中国河南 Henan, China
XD045 陕州红小豆Shaanzhouhongxiaodou 中国河南 Henan, China
XD046 渑池红小豆Mianchihongxiaodou 中国河南 Henan, China
XD047 渑池白小豆Mianchibaixiaodou 中国河南 Henan, China
XD048 灵宝绿小豆Lingbaolyuxiaodou 中国河南 Henan, China
XD049 卢氏绿小豆Lushilyuxiaodou 中国河南 Henan, China
XD050 卢氏县红小豆Lushixianhongxiaodou 中国河南 Henan, China
XD051 肥泉小红豆Feiquanxiaohongdou 中国河南 Henan, China
XD052 禹州小豇豆 Yuzhouxiaojiangdou 中国河南 Henan, China
XD053 朱阳白小豆Zhuyangbaixiaodou 中国河南 Henan, China
XD054 安阳白小豆Anyangbaixiaodou 中国河南 Henan, China
XD055 小豆 Xiaodou 中国河南 Henan, China
XD056 许昌白小豆 Xuchangbaixiaodou 中国河南 Henan, China
XD057 汝州红小豆 Ruzhouhongxiaodou 中国河南 Henan, China
XD058 槲漫村小红豆 Humancunxiaohongdou 中国河南 Henan, China
XD059 新乡红小豆 Xinxianghongxiaodou 中国河南 Henan, China
XD060 闫凹红小豆 Yan’aohongxiaodou 中国河南 Henan, China
XD061 珍珠红小豆 Zhenzhuhongxiaodou 中国河南 Henan, China
XD062 青要山笨小豆Qingyaoshanbenxiaodou 中国河南 Henan, China
XD063 飞王红小豆 Feiwanghongxiaodou 中国河南 Henan, China
XD064 东岭红小豆Donglinghongxiaodou 中国河南 Henan, China
XD065 卫辉红小豆 Weihuihongxiaodou 中国河南 Henan, China
XD066 同山红小豆 Tongshanhongxiaodou 中国河南 Henan, China
XD067 子洲红小豆-5 Zizhouhongxiaodou-5 中国陕西 Shaanxi, China
XD068 岚皋红小豆-1 Langaohongxiaodou-1 中国陕西 Shaanxi, China
XD069 商南红小豆-1 Shangnanhongxiaodou-1 中国陕西 Shaanxi, China
XD070 胡家咀红小豆 Hujiazuihongxiaodou 中国陕西 Shaanxi, China
XD071 六郎红小豆 Liulanghongxiaodou 中国陕西 Shaanxi, China
XD072 铜川绿小豆Tongchuanlyuxiaodou 中国陕西 Shaanxi, China
XD073 宣化红小豆 Xuanhuahongxiaodou 中国河北 Hebei, China
XD074 高唐白小豆 Gaotangbaixiaodou 中国山东 Shandong, China
XD075 菏泽绿小豆 Hezelyuxiaodou 中国山东 Shandong, China
XD076 汝南红小豆 Runanhongxiaodou 中国河南 Henan, China
XD077 方城红小豆 Fangchenghongxiaodou 中国河南 Henan, China
XD078 郸城白小豆Danchengbaixiaodou 中国河南 Henan, China
XD079 三门峡红小豆 Sanmenxiahongxiaodou 中国河南 Henan, China
XD080 义马红小豆 Yimahongxiaodou 中国河南 Henan, China
XD081 平陆红小豆 Pingluhongxiaodou 中国山西 Shanxi, China
XD082 大宁园小豆 Daningyuanxiaodou 中国山西 Shanxi, China
XD083 襄垣麻小豆Xiangyuanmaxiaodou 中国山西 Shanxi, China
XD084 菏泽红小豆 Hezehongxiaodou 中国山东 Shandong, China
XD085 呼和浩特红小豆 Huhehaotehongxiaodou 中国内蒙古 Inner Mongolia, China
XD086 保9326-16 Bao 9326-16 中国河北 Hebei, China
XD087 冀红12号 Jihong 12 中国河北 Hebei, China
XD088 冀红18号 Jihong 18 中国河北 Hebei, China
XD089 TS-3 中国河北 Hebei, China
XD090 TS-4 中国河北 Hebei, China
XD091 TS-7 中国河北 Hebei, China
XD092 TS-8 中国河北 Hebei, China
XD093 TS-9 中国河北 Hebei, China
XD094 TS-10 中国河北 Hebei, China
XD095 TS-11 中国河北 Hebei, China
XD096 TS-12 中国河北 Hebei, China
XD097 TS-13 中国河北 Hebei, China
XD098 TS-15 中国河北 Hebei, China
XD099 TS-16 中国河北 Hebei, China
XD100 TS-20 中国河北 Hebei, China
XD101 TS-23 中国河北 Hebei, China
XD102 TS-24 中国河北 Hebei, China
XD103 TS-26 中国河北 Hebei, China
XD104 佛光红小豆 Foguanghongxiaodou 中国山西 Shanxi, China
XD105 日本茶壳早生红小豆 Ribenchakezaoshenghongxiaodou 日本 Japan
XD106 京农3号 Jingnong 3 中国北京 Beijing, China
XD107 冀红28 Jihong 28 中国河北 Hebei, China
XD108 保M951-12 Bao M951-12 中国河北 Hebei, China
XD109 刘家铺特早熟小豆Liujiaputezaoshuxiaodou 中国河北 Hebei, China
XD110 日本红小豆(涿州) Ribenhongxiaodou (Zhuozhou) 日本 Japan
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附表1 110份小豆种质资源来源信息
正文中引用本图/表的段落
110份小豆种质资源由山西农业大学(山西省农业科学院)、中国农业科学院、河北省农林科学院提供(附表1)。
结合差异表达基因和KEGG富集结果, 筛选与耐盐性相关的基因(FDR < 0.05且|log2FC| > 2)。共筛选出3个基因: LOC108343245、LOC108346293和LOC108331871。采用qRT-PCR进行验证, 以Actin为内参基因, 引物序列见表1。采用2-ΔΔCt法计算相对表达量。
在相关性分析的基础上, 利用主成分分析方法可以筛选出具有代表性的综合评价指标。各主成分因子的特征值、对原始指标的载荷矩阵和对表型的贡献率如表3所示。结果表明, 主成分1的贡献率为44.54%, 与相对胚芽长、相对发芽指数和相对胚芽鲜重相关性最大, 表明该主因子主要反映了胚芽的生长状况及萌发情况; 主成分2的贡献率为18.30%, 与相对胚根鲜重的相关性最大, 说明该主因子能够较好地反映小豆胚根生长的状况; 主成分3的贡献率为9.61%, 与相对胚根鲜重的相关性最大, 表明该主因子主要反映了胚根的生长情况。前3个主成分的累计方差贡献率达到70%以上, 说明这3个主成分基本代表了这11个性状的信息量。因此, 这11个指标可简化为3个综合指标, 用于小豆种质资源的耐盐性综合评价分析。
编号对应品种同附表1。
编号对应品种同附表1。
为评估差异表达基因的功能, 本研究对2个品种在芽期盐胁迫下的差异表达基因进行GO与KEGG富集分析。GO分析显示(附图1-A, B), 差异表达基因多集中在生物学过程中的代谢过程(metabolic process)、细胞过程(cellular process)、生物学调节(biological regulation), 细胞组分中的细胞解剖实体(cellular anatomical entity), 分子功能中的催化活性(catalytic activity)、结合(binding), 表明差异表达基因广泛参与了多种代谢和调控过程。KEGG通路富集分析进一步显示(附图1-C, D), 2个品种富集的代谢通路存在明显差异, DCK vs DST主要特异性富集在淀粉和蔗糖代谢(starch and sucrose metabolism)、苯丙烷生物合成(phenylpropanoid biosynthesis)、甘油酯代谢(glycerolipid metabolism)途径中; TCK vs TST主要特异性富集在硫代谢(sulfur metabolism)、卟啉与叶绿素代谢(porphyrin and chlorophyll metabolism)、丁酸代谢(butanoate metabolism)途径中。其中, 淀粉和蔗糖代谢通路中富集的差异基因数量最多且显著性最高。因此, 淀粉和蔗糖代谢通路可能是调控小豆芽期耐盐性的关键通路。
在淀粉代谢方面, α-淀粉酶基因LOC108346293在东掌小红豆中的表达上调, 而在特红3号中的表达无显著变化。该酶是一类重要的内切糖苷水解酶, 通过随机切割淀粉分子内部的α-1,4糖苷键, 将其分解为麦芽糖、糊精和葡萄糖等小分子物质, 为植物生长发育提供能量和碳源[41-42]。与此同时, 参与淀粉结构调控的4-α-葡萄糖基转移酶(malQ)基因LOC108331871在品种间特异性表达, 进一步说明淀粉代谢的精细调控与结构稳定性对小豆耐盐的重要性[43-44]。类似地, 黄瓜耐盐性也与其同化物运输和积累的调控密切相关[45]。本研究KEGG富集分析同样表明, 淀粉和蔗糖代谢是盐响应的核心差异通路。
本文的其它图/表
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