Plant Stress | 东北农业大学胡利民副教授揭示不同大豆基因型和组织盐胁迫响应差异及GmCML48调控大豆耐盐性的功能

2025年10月23日，东北农业大学农学院胡利民老师在Plant Stress在线发表了题为“Transcriptome analysis uncovers salt stress-responsive mechanisms and GmCML48 as a key candidate gene in soybean”的研究论文。

该研究通过转录组学分析揭示了大豆不同基因型和组织的盐胁迫响应差异，初步明确了GmCML48调控大豆耐盐性的功能，研究结果为揭示大豆适应盐胁迫的分子机制提供了新见解，也为耐盐大豆品种的精准选育奠定了理论基础。

盐胁迫是制约农作物生长和产量的关键非生物胁迫因素，全球约8%的土地为盐碱地，且面积仍在持续扩张，预计到2050年将影响全球50%的耕地。

大豆作为全球重要的油料和蛋白作物，对盐胁迫极为敏感，盐胁迫会导致大豆渗透失衡、离子毒性积累、光合效率下降，最终造成减产甚至绝收。培育耐盐大豆品种是应对盐碱化耕地、保障粮食安全的有效途径。目前大豆盐胁迫响应的分子调控网络尚未完全明确，亟需挖掘关键耐盐基因并解析其作用机制。

图1 两个大豆品种的耐盐性评估

研究团队以耐盐品种齐黄34（Q）和敏感品种东农50（D）为实验材料，经120 mmol/L NaCl处理后，系统分析两者的生长和光合特性。

结果显示，盐胁迫对盐敏感品种D的抑制作用更显著：其株高、根长、地上部和根部干重分别下降25.5%、15.1%、20.4%和21.9%，而耐盐品种Q的对应指标仅下降5.7%、7.7%、4.3%和5.6%。

光合参数方面，盐敏感品种D的叶绿素指数（Chl-Idx）、光系统II最大光化学效率（Fv/Fm）等关键指标降幅达4.8%–42.1%，而耐盐品种Q的降幅仅为1.4%–5.2%，表明耐盐品种在盐胁迫下能更好地维持生长态势和光合效率。

图2 盐胁迫下不同大豆基因型

叶片和根部的转录组学分析

通过对两个品种根和叶组织的转录组测序，共获得1.06 G高质量清洁读数（Q30 > 95.94%）。差异表达基因（DEG）分析显示，盐敏感品种D的叶和根中分别鉴定出9761个和11875个DEGs，而耐盐品种Q的叶和根中仅鉴定出6276个和3258个DEGs。

GO和KEGG富集分析表明，植物激素信号转导、苯丙烷生物合成、类黄酮生物合成、MAPK信号通路等在两个品种中均显著富集，是大豆盐胁迫响应的核心通路。此外，耐盐品种Q的叶片中特异性富集光合作用和ABC转运蛋白通路，根部特异性富集半乳糖代谢、半胱氨酸和蛋氨酸代谢通路，这些特异性通路的激活可能是其耐盐性的重要分子基础。

图3 植物激素信号转导及植物与病原体相互作用

途径的详细分析

植物激素信号转导通路在两个品种的根和叶中均高度富集，但关键基因表达存在显著差异。耐盐品种Q中，生长素（AUX/IAA、ARF）、脱落酸（PP2C、SnRK2）、茉莉酸（JAZ、MYC2）、水杨酸（NPR1、PR-1）和油菜素内酯（BRI1、BKI1）等信号通路的关键基因均呈上调表达，而盐敏感品种D中这些基因多为下调。植物-病原体互作通路的富集水平在两个品种间差异显著，该通路中约20%的DEGs属于钙调素类似蛋白（CML）基因家族，且在耐盐品种Q中显著上调，在盐敏感品种D中下调，提示CML基因可能通过调控该通路参与大豆盐胁迫响应。

图4 20个GmCML基因的系统发育、

蛋白质结构域及顺式作用元件分析

研究共鉴定出102个大豆GmCML基因，系统进化分析将其分为3个聚类。对20个候选GmCML基因的表达模式分析显示，它们具有明显的组织特异性：聚类I基因主要在根和叶中高表达，聚类II基因在花中高表达，聚类III基因主要在根中高表达。

逆境胁迫和激素处理实验表明，这些GmCML基因均响应盐、碱、干旱等非生物胁迫及 ABA、BR等激素信号，其中GmCML48的响应最为显著，在盐和碱处理3 h后表达量上调约80倍，且对ABA和BR处理也表现出强烈响应。

图5 GmCML48过表达增强了

转基因大豆毛状根的耐盐性

通过大豆毛状根转基因实验，证实GmCML48过表达能显著增强大豆耐盐性。盐胁迫下，GmCML48过表达株系的株高、根长、地上部和根部干重均显著高于野生型，且叶片黄化和萎蔫程度明显减轻。

生理指标检测显示，过表达株系的超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）和过氧化氢酶（CAT）活性显著提高，丙二醛（MDA）含量显著降低，表明GmCML48通过增强抗氧化系统活性、减少氧化损伤来提升大豆耐盐性。单倍型分析发现，GmCML48的Hap^A单倍型与大豆优异耐盐表型相关，为耐盐育种提供了重要的分子标记。

本研究通过转录组学、生理学和分子生物学相结合的方法，揭示了大豆通过激活特异性代谢通路、激素信号网络和抗氧化系统应对盐胁迫的分子机制，初步明确了GmCML48在调控大豆耐盐性中的功能。

研究结果不仅深化了对大豆盐胁迫适应机制的理解，还提供了具有潜在应用价值的耐盐候选基因GmCML48，为耐盐大豆品种的分子育种提供了重要理论依据和技术支撑。

东北农业大学李双哲（博士后）为论文第一作者，东北农业大学农学院胡振帮高级实验师、赵莹副教授以及胡利民副教授为论文共同通讯作者。

该研究得到了国家重点研发计划项目、中国博士后科学基金等项目的资助。

https://doi.org/10.1016/j.stress.2026.101231