甘薯耐盐突变体的转录组分析及耐盐基因的克隆与鉴定

China is the largest sweetpotato producer in the world. With the advantages of high and stable production, easy to be transferred to ethanol compared to other staple crops, and tolerant to all kinds of soil conditions, sweetpotato is considered to be the most suitable bio-energy crop. In this study, the different patterns of transcriptome expression between the salt-tolerant mutant and its wild-type will be constructed using the salt-tolerant mutant of sweetpotato and RNA-Seq technique to interpret differentially expressed genes and categorize their functions. Two to three important salt-tolerant genes will be cloned and their temporal and spacial patterns of expression will be analyzed. The function of the cloned genes will be identified using RNA interference technology and over-expression in sweetpotato to further analyze differential expression patterns of the transcriptome and consolidate important genes with salt-tolerant functions. The success of this research will not only lay a foundation for expounding salt-tolerant molecular mechanism in sweetpotato, but also provide the important salt-tolerant genes in breeding of this crop.

中国是世界上最大的甘薯生产国，甘薯是重要的粮食作物，同时因其高产稳产且可以种植于滩涂瘠薄土地而不与粮食争地成为最合适的能源作物之一。本项目拟利用我们实验室前期创制的甘薯耐盐突变体为材料，应用RNA-Seq测序技术，构建甘薯耐盐突变体及野生型盐胁迫前后转录组差异表达谱，对差异表达的基因进行诠释和功能分类，并克隆出2-3个重要的甘薯耐盐基因，分析其时空表达特性，通过RNAi干扰和过表达遗传转化甘薯进行功能验证，进而对转录组差异表达谱和重要耐盐基因功能进行分析和整合。获得的研究结果不仅在理论上将为阐明甘薯耐盐分子机理奠定基础，同时可为甘薯耐盐育种提供重要耐盐基因。

中国是世界上最大的甘薯生产国，甘薯是重要的粮食作物，同时因其高产稳产且可以种植于滩涂瘠薄土地而不与粮食争地成为最合适的能源作物之一。本项目利用我们实验室前期创制的甘薯耐盐突变体ND98及其野生型为材料，分别提取突变体及野生型0h、12 h和48 h盐胁迫前后各3个时间点共12个样品的总RNA，进行了甘薯耐盐转录组测序，对差异表达的基因进行诠释和功能分类，克隆了IbMas、IbNFU1、IbSIMT1、IbNHX2等4个重要的甘薯耐盐基因；并用农杆菌介导法将所克隆的基因导入甘薯品种中，获得转基因植株并进行功能验证，结果发现转基因植株比非转基因植株的耐盐性显著提高。通过对转录组数据分析，发现在盐胁迫下，JA生物合成和信号转导关键酶基因在ND98中被强烈诱导，且表达量显著高于栗子香，ND98根系和叶片中的JA含量较栗子香显著提高，高JA含量的ND98的气孔导度和蒸腾速率显著降低，减少水分蒸腾，稳定渗透压；ND98中离子转运相关基因IbHKT1、IbNHX1、IbNHX18显著上调，且ND98根系中的Na+含量显著降低，而K+含量显著提高。同时，盐处理后去甲基化相关基因IbROS1和IbDML3在ND98中的表达量显著高于栗子香，但ND98的甲基化水平低于栗子香，RNA-Seq统计结果显示ND98中高表达基因的数量显著多于栗子香，推测可能包括大量抗逆相关基因，从而提高植株的耐盐性。揭示了ND98的耐盐机理，为甘薯耐盐分子育种提供了有价值的候选基因，也为甘薯耐盐机理的研究提供了理论依据。此外，我们还从转录组差异表达基因中克隆了2个与淀粉合成相关的基因lbAATP和lbSSI；1个与蔓割病抗性相关的基因IbSWEET10，并对它们进行了功能验证。. 本项目研究圆满完成了研究目标，首次完成了甘薯耐盐转录组的测序和系统分析，克隆了5个甘薯抗性相关基因和2个淀粉合成相关基因，并进行了功能验证，研究结果分别发表于Scientific Reports、Frontiers in Plant Science和Plos One等期刊上，共发表论文11篇，其中SCI论文9篇 ，会议论文2篇；获得国家发明专利2项，申请国家发明专利3项；培养了3名博士和3名硕士。