盐胁迫条件下长白10号水稻籽粒中差异代谢物的分析

摘要

[目的]通过分析长白10号盐胁迫和非盐胁迫条件下水稻籽粒代谢产物的变化,揭示盐胁迫对稻米代谢产物及代谢通路的影响,了解长白10号耐盐机制,并筛选可能的耐盐水稻品种标志物.[方法]以耐盐碱优质粳稻品种长白10号为研究对象,采用气相色谱质谱联用技术(gas chromatography-mass spectrometry,GC-MS)分析了4‰盐胁迫条件下长白10号花后25 d籽粒中代谢组学变化,并用差异代谢物提高倍数最多的代谢产物设置不同浓度梯度(0—400 mg·L-1),用含上述不同浓度梯度的NaCl溶液(5‰)浸泡处理耐盐性一般的粳稻品种盐稻8号20 h后置于发芽盒内进行发芽试验,鉴定该代谢产物是否有利于提高耐盐性.[结果]共稳定检测到295种代谢产物.利用主成分分析(principal component analysis,PCA)和正交偏最小二乘法分析(orthogonal partial least squares discriminant analysis,OPLS-DA)方法鉴定出71种代谢产物发生显著变化(P<0.05),其中盐胁迫后差异代谢物上调42个,下调29个,上调幅度排名前10位的分别为:5-羟基正缬氨酸(5.23倍)、戊烷-1,2,5-三醇(4.10倍)、氰丙氨酸(2.97倍)、L-天冬酰胺(2.91倍)、2-羟基丁酸(2.86倍)、酮戊二酸(2.74倍)、丙酮酸(2.50倍)、鸟氨酸(2.40倍)、瓜氨酸(2.07倍)、脯氨酸(1.94倍),下调幅度排名前10位的分别为:赤藓糖(2.82倍)、木糖酸内酯(2.49倍)、天冬氨酸(2.42倍)、尿苷5'-单磷酸(2.37倍)、胆甾酮(1.90倍)、己糖二酸(1.87倍)、D7-葡萄糖(1.86倍)、5,7-二羟基-4'-甲氧基异黄酮(1.72倍)、氨基磺酸(1.61倍)、6-脱氧半乳糖醛酸(1.61倍).获得KEGG注释的差异代谢物数量为15个,盐胁迫极显著影响精氨酸代谢、丙氨酸-天冬氨酸-谷氨酸代谢、丁酸酯代谢、碳代谢、赖氨酸降解、氨基酸合成、丁醛酸-二羧酸代谢、三羧酸循环等多条代谢途径.盐稻8号在盐胁迫下(5‰)的发芽率仅为66.7％,外施5-羟基正缬氨酸(20—400 mg·L-1)均能极显著提高盐稻8号盐胁迫条件下(5‰)种子的发芽率(74.3％—90.3％),其中200 mg·L-1浓度处理后发芽率高达90.3％左右.[结论]盐胁迫后,稻米中氨基酸和有机酸的含量主要表现为上调,糖类和脂类的含量主要表现为下调;精氨酸代谢和三羧酸循环代谢通路的改变可能是其较为耐盐的原因之一;5-羟基正缬氨酸能够有效缓解盐胁迫对水稻种子发芽的抑制作用,最优浓度为200 mg·L-1.