基于转录组解析CRISPR/Cas9介导的PagHyPRP编辑杨树耐盐性提高分子机制

[目的]盐胁迫是影响植物生长发育的主要环境制约因素，杨树富含脯氨酸蛋白PagHyPRP1是响应盐和干旱胁迫负调控因子基因，但其在杨树中耐盐的负调控分子机制还尚不完善。[方法]本文以前期创制PagHyPRP1基因编辑杨树为材料，通过高通量转录测序结合生理生化指标，从组学水平深入解析基因编辑杨树耐盐性提高的分子机制。[结果]研究结果显示，盐胁迫下基因编辑株系(prp4)株系与过表达株系(OE1)响应盐胁迫的方式不同，与WT相比，盐胁迫下prp4株系和OE1株系基因表达趋势相反，筛选出340个应激反应激素(ABA、JA、Ethylene)、生长促进激素(Auxin、Brassinosteroid、Cytokinine和Gibberellin)、ROS产生等信号通路以及光合作用相关DEGs.盐胁迫下，prp4株系可能通过调节ABA、JA和Ethylene中59个DEGs的上调或下调表达参与盐胁迫应激响应;调节Auxin、Brassinosteroid、Cytoki nine和Gibberellin信号通路116个DEGs参与盐胁迫下植物的生长;降低H2O2、flg22与Ca2+信号通路43个DEGs的表达来减少H2O2产生、ROS积累;增加22个光合作用相关DEGs的表达来增强光合作用。OE1株系可能通过上调20个ABA、JA和Ethylene信号通路DEGs，16个Auxin、Brassinosteroid、Cytokinine和Gibberellin信号通路DEGs，以及10个H2O2、flg22与Ca2+信号通路DEGs的表达参与盐胁迫反应。表明通过WGCNA和蛋白互作网络分析，筛选出MYC2、BRI1、和Lhcb6等调控生长的6个关键基因，调控ROS产生的30个关键基因(PP2Cs，ERF1s，JAZs，SAURs等)以及10个参与MAPK信号通路的关键基因。[结论]盐胁迫下，prp4株系一方面通过上调6个生长关键基因表达促进生长，下调30个ROS产生关键基因表达减少ROS损伤，另一方面通过调控ABA、H2O2、flg22与Ca2+等多个信号分子相互作用关键基因表达，增强器对盐胁迫的响应，共同协调提高耐盐能力。研究结果从组学水平解析基因编辑杨树耐盐能力提高的分子机制，为更加深入了解林木PRP基因抗逆功能的分子机制提供理论基础。