近日，学院蔬菜生理与设施环境调控团队在中科院二区TOP期刊《International Journal of Molecular Sciences》（IF=6.208）在线发表了题为“Transcriptome Mechanisms of Tomato Seedlings Induced by Low-Red to Far-Red Light Ratio under Calcium Nitrate Stress”(低红光/远红光比例诱导番茄幼苗响应硝酸钙胁迫的转录组学分析)的研究成果，设施农业科学与工程系周小婷博士与2020级农艺与种业硕士研究生黄佳为该文的共同第一作者，贺忠群教授为通讯作者。
党的二十大报告明确提出“树立大食物观，发展设施农业，构建多元化食物供给体系”。我国是设施农业大国，目前设施农业总面积达370万hm2，居世界第一，约占世界设施农业总面积的80%。近年来，设施土壤次生盐渍化问题突出，严重制约设施蔬菜产业高质量发展。团队围绕设施盐胁迫和光环境变化如何影响植物生理代谢开展研究工作，前期发现相对于正常光照，低比例红光/远红光（R:FR）能提高硝酸钙胁迫下番茄光化学效率，缓解其对番茄的生长抑制；然而，低R:FR提高番茄植株耐盐性的分子机制尚不明确。因此，团队进一步通过生理学联合转录组学分析，力求挖掘耐盐性候选基因，对克服设施次生盐渍化对番茄生产的制约、提升设施产业收益、实现作物高效的耐盐育种等方面具有重要的理论和实践价值。
研究亮点
1．明确了在硝酸钙胁迫下，低R:FR增强了番茄叶片中抗氧化防御体系和脯氨酸的快速生理积累，提高了植株适应性；
2．使用加权基因共表达网络分析（WGCNA），确定了包括368个差异表达基因（DEGs）在内的三个模块与这些性状显著相关，这些DEGs主要富集在激素信号转导、氨基酸生物合成、硫化物代谢和氧化还原酶活性等方面。
3. 发现了可能在低R:FR光诱导的盐反应中发挥重要作用的候选基因，包括FBNs、SULTRs和转录因子GATA-like等。
研究结果
1、硝酸钙胁迫下添加低R:FR处理（SL）显著提高了番茄株高、根长、地上部与地下部的鲜重与干重。同时，低R:FR处理使番茄叶片中H2O2含量显著降低。硝酸钙胁迫（S）处理5d后，SL与S处理相比番茄叶片SOD、POD和CAT活性分别增加，脯氨酸含量和脯氨酸合成关键酶P5CS活性都进一步提高。为了进一步研究调控番茄幼苗耐盐性的关键基因，以对照组、硝酸钙胁迫和不同比例R:FR条件下的叶片进行了转录组分析。通过两两比较，共鉴定出6802个差异基因（DEGs），其中在SL vs. S 中，上调基因1074个，下调基因565个。在差异分析中，发现远红光处理影响了光受体phyB和光信号传到关键因子HY5（ELONGATED HYPOCOTYL 5）相关基因的表达。
2、WGCNA分析得到37个不同的模块(图2)，结合模块与表型相关性分析结果表明，筛选到三个模块，模块基因与抗性指标呈正相关，且相关性最大（图2B）。将三个模块基因合并后进行GO和KEGG分析，发现大部分富集在氧化反应、硫化物的合成与代谢、三羧酸循环以及硫氨酸的生物合成和代谢。KEGG富集分析发现主要在碳代谢、氨基酸生物合成、丙酮酸代谢、糖酵解、半胱氨酸和蛋氨酸代谢以及激素信号转导等方面显著富集(图2D)。
3、通过基因共表达网络可视化分析筛选出与逆境胁迫相关候选基因共27个（图3A-C）。根据已有报道，基因Solyc11g005340.2编码质体-脂质相关蛋白（Plastid–lipid associated protein PAP / FBNs），其同源基因在植物生长发育、抗生物和非生物胁迫的代谢和信号调节中发挥重要作用。番茄GATA-like 转录因子积极响应在植物光响应调控、非生物胁迫抵抗等生物过程。编码硫酸盐转运蛋白（Sulfate transporter，SULTRs）基因广泛参与植物应激反应过程，如盐胁迫、重金属和其他非生物胁迫。在DEGs的表达模式中，第一个模块SL中5个候选基因的转录水平最高（图3D）。第二个模块中列出的10个枢纽基因均被SL上调（图3E）。第三个模块中5个候选基因在盐胁迫和低R:FR被显著上调，包括Sulfate transporter（图3F）。这些结果为进一步验证番茄耐盐基因的功能提供重要基础和理论支撑。
论文成果链接：https://www.mdpi.com/1422-0067/24/4/3738
作者简介
第一作者：周小婷
主要业绩简介：周小婷，博士，讲师，硕士生导师。四川省海外留学人员，四川省科技厅 “三区”科技人才，理塘县国家科技特派团成员。主要研究方向为设施蔬菜环境调控及逆境生理，主研省部级以上科研项目5项，主研审定蔬菜品种3个，近五年发表论文10余篇。获bat365中文官方网站“优秀班主任”、“优秀学士学位论文”指导教师等称号。
共同第一作者：黄佳
公司农艺与种业2020级硕士研究生，主要从事光环境调控番茄耐盐性研究。以第一作者或共同第一作者发表SCI及CSCD收录论文3篇。
通讯作者：贺忠群
教授，博士生导师。四川省学术与科学技术带头人后备人选，四川省专家服务团专家，四川省科技厅“科技下乡万里行”首席专家，科技厅10+3蔬菜产业体系副团长，中国园艺学会理事，国家营养型农业创新联盟会员。以番茄、佛手瓜、冬瓜、野生蔬菜为主要研究对象，开展蔬菜优质高效与设施环境调控改良、蔬菜逆境生理与分子机制研究。近五年获四川省及北京市科学技术成果二等奖等2项；发表学术论文90余篇，其中SCI收录 15篇，审定蔬菜品种4个，授权国家发明专利3件，主编教材2部、专著1部。
