小豆芽期耐盐种质资源筛选与耐盐机制分析 作物学报    2026, 52 (10): 2939-2960.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2026.64051

表1 qRT-PCR所用引物序列

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

• 附表1 110份小豆种质资源来源信息
  
• 表2 110份小豆种质资源盐处理组和对照组生长指标的描述性统计分析
  
• 图1 110份小豆种质资源盐处理前后生长指标分布特征
  缩写同表2。CK: 对照; ST: 盐处理。
  
• 图2 盐处理下小豆各指标的相关性分析
  RGP: 相对发芽势; RGR: 相对发芽率; RLRN: 相对侧根数; RGL: 相对胚芽长; RRL: 相对胚根长; RFWG: 相对胚芽鲜重; RFWR: 相对胚根鲜重; RDWG: 相对胚芽干重; RDWR: 相对胚根干重; RGI: 相对发芽指数; RVI: 相对活力指数。^*、^**和^***分别表示在0.05、0.01和0.001水平相关性显著。
  
• 表3 前3个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
  
• 表4 110份小豆种质资源的综合指标值(CI)、隶属函数值U(x)和综合评价值(D)以及耐盐水平排序
  
• 图3 110份小豆种质资源耐盐性的聚类分析
  编号对应品种同附表1。
  
• 图4 盐胁迫下特红3号和东掌小红豆发芽表型差异
  缩写同表2。TCK: 特红3号对照组; DCK: 东掌小红豆对照组; TST: 特红3号盐处理组; DST: 东掌小红豆盐处理组。不同小写字母表示组间差异显著(P < 0.05) (n = 3)。比例尺为1 cm。
  
• 图5 盐处理对特红3号和东掌小红豆生理指标的影响
  处理同图4。CAT: 过氧化氢酶; POD: 过氧化物酶; SOD: 超氧化物歧化酶; H₂O₂: 过氧化氢; SS: 可溶性糖; ST: 淀粉; Pro: 脯氨酸。不同小写字母表示组间差异显著(P < 0.05) (n = 3)。
  
• 图6 东掌小红豆与特红3号在盐胁迫下的转录组分析
  A: 样本间聚类热图; B: 主成分分析图; C: 差异表达基因火山图。处理同图4。
  
• 附图1 盐胁迫下东掌小红豆与特红3号差异表达基因的GO与KEGG富集分析
  A: DCK vs DST的GO富集分析; B: TCK vs TST的GO富集分析; C: DCK vs DST的KEGG富集气泡图; D: TCK vs TST的KEGG富集气泡图。处理同图4。
  
• 图7 3个差异表达基因参与淀粉与蔗糖代谢通路
  处理同图4。淀粉和蔗糖代谢通路局部图, 展示了蔗糖合酶(SUS)、α-淀粉酶(AMY)、4-α-葡聚糖转移酶(malQ)在通路中的位置及催化关系。每个酶左侧为转录组相对表达量柱状图, 右侧为qRT-PCR相对表达量柱状图。不同小写字母表示组间差异显著(P < 0.05); n = 3。矩形代表基因, 椭圆形代表代谢物。