白花草木樨WD40转录因子家族的全基因组鉴定与转录组分析揭示其耐盐分子机制

《Environmental and Experimental Botany》：Transcriptome analysis and genome-wide identification of WD40 transcription factor family provide new insights into the salt tolerance of Melilotus albus

　　本研究针对白花草木樨(Melilotus albus)耐盐分子机制不清的问题，通过长期盐胁迫转录组分析结合全基因组WD40家族鉴定，发现MaWD40.16、MaWD40.45和MaWD40.116通过调控根系发育和渗透平衡增强耐盐性，为耐盐牧草育种提供新靶点。

　　

在全球超过8.33亿公顷的盐渍化土壤中，农作物生长受到严重抑制。白花草木樨（Melilotus albus）作为一种兼具高蛋白含量和耐盐性的豆科牧草，在盐碱地植被恢复中具有重要价值。然而，其耐盐分子机制尚未系统解析，限制了耐盐品种的选育进程。

为揭示白花草木樨长期适应盐胁迫的分子基础，兰州大学张继瑜团队在《Environmental and Experimental Botany》发表研究，通过整合表型生理测定、时间序列转录组分析和全基因组WD40转录因子家族鉴定，系统阐明了关键耐盐基因的功能。研究人员采用250 mM NaCl处理6周龄幼苗（品种：兰西2号），在0、7、14、21天采集根系和地上部进行转录组测序。通过加权基因共表达网络分析(WGCNA)和短时序表达挖掘(STEM)筛选核心响应基因，利用酵母异源表达、亚细胞定位和转基因毛状根体系验证基因功能。

3.1. 盐胁迫对白花草木樨表型及生理指标的影响

随着盐浓度升高，植株高度和茎粗显著抑制，叶片膜透性增加，Na⁺/K⁺比值失衡。200-300 mM NaCl为表型显著变化的临界浓度。

3.2. 长期盐胁迫下差异表达基因鉴定

根系中上调基因富集于氨基酸代谢、过氧化物酶体通路，地上部下调基因涉及盐胁迫响应术语（如GO:0009651）。苯丙烷生物合成通路(map00940)基因显著富集。

3.3. 盐耐受相关基因挖掘

WGCNA识别出与Na⁺、K⁺、丙二醛(MDA)、脯氨酸(Pro)含量相关的共表达模块，WD40家族成员在根系表达模式中显著富集。

3.4. MaWD40家族进化分析

195个MaWD40基因分为8个亚族，启动子含有ABRE、MBS等逆境响应顺式元件，Ka/Ks<1表明受纯化选择。

3.8-3.10. 关键基因功能验证

MaWD40.16、MaWD40.45、MaWD40.116定位于细胞核，在酵母中增强5 M NaCl耐受性；转基因毛状根过表达株系根系更长、MDA含量降低、Pro积累增加。

该研究首次系统解析了白花草木樨WD40家族在盐胁迫中的调控作用，发现MaWD40基因通过核定位转录调控、维持离子稳态和缓解氧化损伤增强耐盐性。研究不仅为豆科植物耐盐机制提供新见解，也为利用分子育种改良牧草耐盐性奠定了理论基础。