摘要: 玉米(ZeamaysL.)是我国三大主要粮食作物之一，也是食物、动物饲料和工业材料的主要来源。玉米生长的土壤和气候条件相对宽泛，对盐胁迫中等敏感。土壤盐碱化对作物生长发育是一个重大的环境挑战，威胁着世界各地的农业生产。世界上大约20％的农业用地... 展开 玉米(ZeamaysL.)是我国三大主要粮食作物之一，也是食物、动物饲料和工业材料的主要来源。玉米生长的土壤和气候条件相对宽泛，对盐胁迫中等敏感。土壤盐碱化对作物生长发育是一个重大的环境挑战，威胁着世界各地的农业生产。世界上大约20％的农业用地受到土壤盐碱化的不利影响。自然环境恶化、灌溉实践不良和气候变化加剧了土壤盐碱化问题。为了有效提高作物产量，解决日益严重的土壤盐碱化威胁至关重要。对于我国农作物生产而言，盐胁迫是限制作物生长的重要环境因素之一,我国盐碱地面积高达14.87亿亩，占种植面积的10.3％,极大地影响了我国作物产量;提高玉米耐盐效率，即在相同或更低的投入条件下，提高玉米在盐碱地区的产量和品质，对于保障我国粮食安全和农业可持续发展具有重要意义。目前，研究人员已经利用遗传学、分子生物学、组学等手段，从不同层面探索了玉米耐盐的分子机理，并鉴定了一些耐盐相关的基因。此外，还有一些外源物质和生长调节剂可以通过浸种或施用的方式提高玉米耐盐性。然而，玉米耐盐研究仍然面临着许多挑战和问题，如组学GWAS结果较为复杂，鉴定耐盐相关QTL困难、耐盐基因功能验证困难、耐盐分子标记应用范围有限及相关等。因此，需要进一步加强对玉米耐盐机制的深入研究并开发新的耐盐基因挖掘策略，挖掘玉米耐盐基因，并结合现代分子育种技术开发新型耐盐品种，对于我国玉米产业优化具有重要意义。 本研究利用代谢组关联分析对对照和盐处理下玉米群体代谢组中所有的代谢物QTL进行鉴定，得到9736个代谢物QTL,其中盐特异的QTL6395个，对照特异QTL5639个。随后对这些QTL进行代谢物QTL热点分析，鉴定到75个盐胁迫诱导或抑制的QTL热点。接着通过方差分析和基于主成分分析的全基因组关联分析确定了QTL热点的主效QTL区间。通过对代谢物QTL热点区域的候选基因进行功能富集分析，结果富集到一些与盐胁迫相关的代谢过程。随后通过比对玉米突变体库，得到了10号染色体前端QTL热点的候选基因ZmCYP87A6和ZmACT的突变体材料。接着通过候选基因的单倍型分析以及盐胁迫下的诱导表达分析确定这两个基因与玉米苗期耐盐性状相关。 后续研究为了进一步证明两个候选基因与玉米苗期耐盐性状的相关性，将野生对照品种及候选基因稳定遗传的过表达株系种植在相同的土壤环境中，待长至三叶一心期时，用0mmol/LNaCl和300mmol/LNaCl处理玉米幼苗，并对其表型、抗氧化酶活性、丙二醛含量和游离脯氨酸含量等指标进行测定;结果表明，与野生型对照相比，在纯水处理条件下，所有过表达株系与野生型对照品种之间没有显著差异，而在高盐胁迫下,ZmCYP87A6和ZmACT基因过表达株系比对照品种具有更高的株高和含水量;抗氧化酶活性、脯氨酸含量均显著高于野生型对照;丙二醛含量在高盐处理第5天时达到峰值且显著低于野生型对照。 综上所述，本研究通过代谢组学和生物信息学对玉米响应盐胁迫性状的候选基因进行挖掘，并对高盐胁迫下候选基因过表达玉米株系的表型和生理指标进行对比分析,成功证明候选基因与玉米耐盐胁迫具有显著相关性。该研究为玉米耐盐胁迫筛选有益的抗性基因，提高玉米耐盐力、耐盐玉米品种的遗传改良和抗逆分子机制的研究奠定基础。 收起