耐盐小冰麦染色体FISH核型及盐胁迫应答转录组分析

Soil salinization seriously reduces crop productivity, which is a huge problem for world agriculture today. Breeding crops with salt tolerance is the most efficient way to solve this problem. The octoploid Triticum-Agropyron PSR3628 (introduced from America) was hybridized with world wheat varieties, and new germplasm (Ast191 line) with salt tolerance has been selected by our research group. At present, there are few reports about the FISH karyotype and transcriptome analysis of salt stress-responsive in this new germplasm at home and abroad. Morphological observation, SLAF-seq, RNA-seq and sequential mGISH-mFISH etc, will be adopted to investigate chromosomal constitution and FISH pattern in these salt-tolerant germplasm, and understand homology and evolution relationship between Triticum and Agropyron. The metabolic pathway， key candidate genes involved in the salt stress response and chromosomal localization of these genes will be analyzed. The implementation of this project will be of great significance to produce salt-tolerant wheat germplasm for wheat breeding in China, and for wheat genetics, evolution, key gene cloning and molecular mechanism of salt stress response.

土壤盐渍化严重降低作物生产力，是当今世界农业面对的巨大难题。培育耐盐作物品种是解决这一难题的最高效方式。本课题组利用八倍体小冰麦PSR3628（美国引进）与国内外小麦品种杂交，筛选出耐盐小冰麦新种质（Ast191株系）。目前，国内外关于耐盐小冰麦的FISH核型及盐胁迫应答转录组分析领域的研究鲜见报道。本项目拟采用表型调查、SLAF-seq、RNA-seq和顺序mGISH–mFISH等方法分析耐盐小冰麦新种质的染色体组成与FISH特征，探究小麦与冰草属间的同源性及进化关系，小冰麦盐胁迫应答的代谢途径和关键候选基因，并将关键候选基因进行染色体定位。本项目的实施将有利于创造耐盐小冰麦新种质，为我国小麦新品种的培育提供资源支撑，对小麦遗传进化、盐胁迫应答关键基因克隆及分子机制等深入研究具有重要意义。

小麦是世界上重要的粮食作物。筛选耐盐小麦种质，研究小麦对盐胁迫的生理、生长响应特点，挖掘盐响应关键基因，对探索小麦耐盐生理和分子机制，推进小麦耐盐育种有着深远意义。本项目筛选了多个耐盐新种质，对耐盐小偃麦进行生长、生理、转录组和FISH核型分析，挖掘了一些盐胁迫应答关键基因，为耐盐遗传育种等奠定了重要基础。获得的主要结果如下：.① 对不同麦类种质的耐盐性进行综合评价，筛选出Y1805、PSR3628、A19-1、A19-2、1903-68、P13、1713、082-1、1706和081等耐盐新种质。以耐盐Y1805小偃麦/小冰麦和盐敏感中国春小麦（CS）为材料，发现盐胁迫下Y1805的脯氨酸、可溶性糖和CAT含量比CS高，升高速率更快；Y1805的根长、苗高受到的抑制作用比CS小。盐胁迫恢复后，Y1805的净光合速率、叶绿素含量比CS恢复得更快。Y1805在生长、生理生化指标上比CS都表现出更强的耐盐性。.② 经转录组分析，Y1805的差异表达基因（DEGs）有30885个，在2A、2B和2D（或2E）染色体上分布较多，分别有348，368和355个DEGs。Y1805特异盐胁迫应答DEGs在多条B组（2B、3B、4B、5B和6B（或它们的部分同源群E染色体）染色体上分布，大多位于染色体长臂端部。.在Y1805中获得特有叶黄素代谢过程、类胡萝卜素代谢过程、呼吸电子传递链、ATP合成偶联电子运输等GO条目。KEGG注释发现Y1805 DEGs富集在植物激素信号转导、RNA转运、植物病原相互作用、苯丙酸生物合成、mRNA监测途径、MAPK信号通路-植物等代谢通路。这些代谢可能有助于Y1805防御盐胁迫伤害。.在本项目资助下，在核心及以上期刊发表10篇论文，其中4篇为Sci收录；申请发明专利1项；培养硕士研究生5人，其中2人获得贵州大学优秀毕业论文,1人获得贵州大学研究生一等学业奖学金。本项目按原计划顺利实施执行，圆满完成了课题研究内容和目标。