杨树幼苗响应对羟基苯甲酸胁迫的代谢和分子机制初探

杨树是我国优良的园林绿化树种,也是分子生物学研究中重要的木本模式植物,具有重要的观赏价值、生态价值和应用价值。土壤中对羟基苯甲酸等酚酸类化感物质的积累是杨树连作障碍的主要原因。对对羟基苯甲酸抗性的研究是缓解杨树连作障碍的关键。本研究以‘84K杨’为试验材料,通过代谢组学和转录组学联合分析技术,探究杨树响应对羟基苯甲酸胁迫的调控机制,为缓解杨树连作障碍的研究提供理论基础。主要研究结果如下:(1)在1.5 mmol·L~(-1)对羟基苯甲酸胁迫下,随着处理时间的延长,杨树幼苗的生长受到明显抑制。对羟基苯甲酸处理6小时后,植株表现在出茎尖严重弯曲且顶端叶片严重失水萎蔫的形态特征。(2)代谢组分析结果显示,1.5 mmol·L~(-1)对羟基苯甲酸胁迫6小时后,杨树叶片内鉴定到126个差异代谢物,包含9类化合物,其中,差异代谢物数量最多的前3类物质是脂类、氨基酸及氨基PLX5622体内实验剂量酸衍生物类和核苷酸及核苷酸衍生物类化合物。进一步分析发现,溶血磷脂酰胆碱、溶血磷脂酰乙醇胺和酪氨酸等差异代谢物可能在杨树应答对羟基苯甲酸胁迫过程中发挥重要作用。(3)转录组分析结果显示,4 mmol·L~(-1)对羟基苯甲酸胁迫3小时后,在杨树叶片内鉴定到11084个差异基因。进一步分析发现,这些差异基因中包含603个hepatocyte transplantation转录因子,主要集中在b HLH、AP2/ERF、MYB和b ZIP家族。其中PagCanagliflozin研究购买 DREB2的表达量上调表达3238倍,且该基因与脱落酸相关合成基因(Pag ZEP、Pag NCED、Pag Crt ISO)呈正相关,可能在杨树应答对羟基苯甲酸胁迫中发挥重要作用。另外,143个差异基因被显著富集到植物激素信号转导通路,其中,脱落酸信号转导通路可能在杨树应答对羟基苯甲酸胁迫过程中发挥主要作用。(4)联合代谢组和转录组数据分析发现,嘌呤代谢和咖啡因代谢通路是杨树响应对羟基苯甲酸胁迫的主要代谢通路。上述通路中的差异基因XDH和差异代谢物3′,5′-环鸟苷酸、3′,5′-环腺苷酸可能在杨树响应对羟基苯甲酸胁迫中发挥关键作用。此外,杨树可能还通过氨基酸代谢、甘油磷脂代谢和脱落酸信号转导通路应答对羟基苯甲酸胁迫,而这些通路中的γ-氨基丁酸、5-氨基乙酰丙酸和脱落酸等代谢物可能在杨树响应对羟基苯甲酸胁迫中发挥重要作用。