盐胁迫制约杨树生长。促分裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase, MAPK）级联与植物激素是植物耐盐性的关键调节因子。然而，MAPK级联在杨树盐胁迫下协调激素稳态的机制仍不清楚。本研究表明，过表达PeMPK7可提高杨树耐盐性。NaCl处理12小时后，PeMPK7过表达杨树中的水杨酸（salicylic acid, SA）和脱落酸（abscisic acid, ABA）含量显著高于野生型植物（P< 0.05）。转录组分析揭示，PeMPK7重编程了植物激素代谢与信号通路，尤其上调了乙烯（ethylene, ET）生物合成基因（ACS1、ACO1）以及与吲哚-3-乙酸（indole-3-acetic acid, IAA）、细胞分裂素（cytokinin, CK）、ABA、赤霉素（gibberellic acid, GA）和茉莉酸（jasmonic acid, JA）相关的基因。加权基因共表达网络分析（weighted gene co-expression network analysis, WGCNA）表明，PeMPK7可能作用于NAC072、NAC002和TGA7的上游，这些转录因子与盐胁迫下的ABA代谢和信号传导相关。在差异表达的转录因子基因中，PagERF114的表达在PeMPK7过表达植物中被盐胁迫诱导，且可被外源ET进一步促进。过表达PagERF114的转基因杨树表现出增强的耐盐性、较低的丙二醛（malondialdehyde, MDA）含量以及较高的超氧化物歧化酶（superoxide dismutase, SOD）/过氧化物酶（peroxidase, POD）活性，证实PagERF114能够增强耐盐性。综上所述，本研究发现PeMPK7通过精细调节植物激素稳态，并部分通过涉及PagERF114的乙烯相关通路来增强杨树耐盐性。
论文解读文章
研究背景与问题
土壤盐渍化每年约扩大120万公顷，威胁全球11%的陆地表面。杨树（Populus ）因其生长快速、无性繁殖能力强、根系发达且具有成熟的遗传转化体系和基因组序列，成为林木分子育种的重要模式树种及生态修复与工业用材的关键物种。然而，多数商用杨树无性系对盐胁迫敏感，在100 mM NaCl下生物量损失超过50%，表现出对其耐盐性进行遗传改良的迫切需求。盐胁迫导致渗透与离子胁迫、氧化损伤及光合抑制等多重生理损伤，并改变脱落酸（ABA）、乙烯（ET）、茉莉酸（JA）等关键植物激素的合成、运输与信号传导，进而扰乱生长发育过程。因此，解析盐胁迫下植物激素网络的调控机制对于杨树耐盐分子育种至关重要。
促分裂原活化蛋白激酶（MAPK）级联是植物响应盐胁迫的核心信号通路，通过调控下游转录因子（transcription factor, TF）来控制活性氧（reactive oxygen species, ROS）解毒、离子运输和渗透稳态相关基因的表达，从而增强耐盐性。MAPK级联通过调节植物激素的生物合成与信号传导来整合胁迫响应，但在杨树中，MAPK信号与激素网络在盐胁迫下的分子联系尚不明确。已有研究表明，Group C MAPK成员MPK7 在玉米和棉花中通过激素信号参与胁迫响应，而杨树中的PeMPK7 （源自Populus × euramericana ‘Neva’）在p -羟基苯甲酸胁迫下调节ROS稳态与渗透调节，但其是否及如何通过整合盐信号与植物激素网络来增强耐盐性仍属未知。
研究目的与意义
本研究旨在利用过表达PeMPK7 的‘84K’杨树（P. alba × P. glandulosa ）转基因株系，通过生理分析、转录组测序和植物激素定量，阐明PeMPK7 是否赋予杨树耐盐性及其如何协调激素网络介导这一适应性。研究成果发表于《Plant Physiology and Biochemistry》，为耐盐杨树分子育种提供了重要的理论依据与候选基因。
主要技术方法
研究以‘84K’杨树为材料，利用已构建的PeMPK7 过表达株系（OE-6、OE-12）及新构建的PagERF114 过表达株系。通过NaCl处理模拟盐胁迫，表型观察结合丙二醛（MDA）含量、超氧化物歧化酶（SOD）与过氧化物酶（POD）活性等生理指标评估耐盐性。利用高效液相色谱-串联质谱（UHPLC-MS/MS）定量分析IAA、反式玉米素（tZ）、N6 -(Δ2 -异戊烯基)腺苷（iPA）、ABA、GA1 、GA3 、SA、JA等激素含量。通过RNA-seq进行转录组分析，筛选差异表达基因（differentially expressed gene, DEG）并进行GO/KEGG富集分析。采用加权基因共表达网络分析（WGCNA）整合转录组与激素数据，挖掘核心模块与枢纽基因。通过定量实时聚合酶链反应（qRT-PCR）验证转录组结果，并利用乙烯前体（2-氯乙基膦酸，ET）及抑制剂（氨基乙氧基乙烯基甘氨酸盐酸盐，AVG；1-甲基环丙烯，1-MCP）处理，分析PagERF114 的调控途径。
研究结果
1. PeMPK7 过表达增强杨树耐盐性
在150 mM NaCl处理12小时后，野生型（WT）杨树茎尖弯曲、叶片严重萎蔫，而PeMPK7 过表达株系（尤其OE-12）茎尖直立、仅出现轻度失水。转基因株系的MDA积累量始终低于WT，SOD与POD活性在多数盐浓度下显著高于WT，表明PeMPK7 过表达以剂量依赖方式增强杨树耐盐性，其中OE-12株系耐盐性最强。
2. PeMPK7 介导盐胁迫下植物激素含量的调控
盐胁迫12小时后，PeMPK7 过表达植株的SA与ABA含量显著高于WT。在非胁迫条件下，转基因植株的IAA含量低于WT、GA1 含量高于WT，这些差异在盐胁迫12小时后消失。tZ、iPA、GA3 含量在基因型间无显著差异，JA含量亦无变化。结果表明PeMPK7 过表达调节盐胁迫下ABA与SA的积累，并在基础条件下影响IAA与GA1 水平。
3. PeMPK7 过表达杨树在盐胁迫下的差异表达与GO/KEGG分析
转录组分析在三个时间点（0、2、12小时）共鉴定到1737个独特DEG。GO富集显示这些基因显著富集于JA介导的信号通路调节、防御反应调控、损伤响应、H2 O2 响应等生物学过程。KEGG分析显著富集于植物激素信号转导通路，涵盖IAA、CK、ABA、ET、JA途径，表明PeMPK7 在转录水平上调控盐胁迫下的植物激素信号网络。
4. PeMPK7 调控的盐胁迫响应差异转录因子谱
共鉴定到多个差异表达的转录因子基因，主要属于AP2/ERF、MYB、bHLH、NAC、bZIP、WRKY等家族。其中PagERF114 在三个时间点均持续上调，提示其可能作为PeMPK7 介导的盐胁迫调控网络中的关键转录因子。
5. 盐胁迫下转录组与植物激素谱的加权基因共表达网络分析
WGCNA将基因划分为6个模块，其中青模块（turquoise module）包含基因数量最多，其表达与IAA、tZ、iPA、ABA、GA3 含量正相关，与GA1 负相关。该模块中鉴定出50个枢纽基因，其中14个与ABA代谢、信号及响应相关，且在转基因株系中表达量更高。共表达网络分析显示这些ABA相关枢纽基因与转录因子NAC072 、NAC002 、TGA7 相关联，后三者在盐胁迫下的表达也在转基因株系中更高，表明PeMPK7 可能通过调控这些转录因子来调节ABA代谢与信号传导。
6. qRT-PCR验证转录组准确性
随机选择8个DEG（包括ERF114 ）进行qRT-PCR验证，结果与转录组数据一致，证实RNA-seq分析可靠。
7. PagERF114 位于 PeMPK7
PagERF114 在PeMPK7 过表达植株中受盐胁迫快速诱导。构建的PagERF114 过表达株系在盐胁迫下茎尖直立、叶片萎蔫轻微，表现出更强的耐盐性。转基因株系的H2 O2 、O2 ·- 、MDA含量显著低于WT，SOD与POD活性显著更高，表明PagERF114 通过增强抗氧化酶活性减少ROS积累与氧化损伤，从而提高耐盐性。
8. PeMPK7 调控的关键植物激素代谢与信号通路
综合激素测定与转录组数据，研究人员提出了PeMPK7 介导的盐胁迫响应网络模型。在早期阶段（≤2小时），PeMPK7 快速诱导ET生物合成基因（ACS1 、ACO1 ）及JA合成/信号基因（LOX 、AOC 、MYC2 ）的转录，激活ET-JA模块。PagERF114 作为该模块的关键下游组分，其表达受盐胁迫及外源ET诱导。在中期阶段（12小时），PeMPK7 促进ABA积累以驱动气孔关闭，并诱导CYP707A4 以维持ABA稳态。转录因子NAC072 可能连接早期的ET信号与中期的ABA介导的防御网络。在整个过程中，尽管GA1 水平下降，但DELLA编码基因GAI 的下调与生长促进基因GASA 的上调表明GA信号输出增强；JA信号则呈现快速的转录激活与JAZ介导的负反馈调节，从而优化生长-防御平衡。
讨论部分总结
盐胁迫通过离子毒害、渗透胁迫和氧化爆发等多途径破坏植物代谢稳态。MAPK级联与植物激素信号网络是整合环境信号转化为适应性响应的两大中枢。本研究结合转录组分析与激素测定，在PeMPK7 过表达杨树中鉴定出一个以PeMPK7 为核心的调控回路，该回路通过调整激素代谢与信号传导来调控杨树耐盐性。具体而言：
1. 生长素与细胞分裂素 ：PeMPK7 可能通过上调IAA生物合成基因促进IAA积累，并激活生长素早期响应基因（如SAUR36 、GH3.1 ）以增强耐盐性；同时通过调节IPT3 、CKX5 等基因表达影响CK代谢，并增强CK受体CKI1 表达、抑制A型ARR（ARR4 、ARR5 ）表达，从而可能增强CK信号。
2. 脱落酸 ：PeMPK7 过表达植株在盐胁迫下ABA积累更高，与气孔导度降低、蒸腾速率下降相一致，表明其通过ABA依赖的气孔调节提高耐盐性。WGCNA鉴定出14个ABA相关枢纽基因，它们与转录因子NAC072 、NAC002 、TGA7 共表达，提示PeMPK7 可能通过这些转录因子调控ABA代谢与信号。
3. 乙烯 ：盐胁迫下PeMPK7 快速上调ET生物合成基因ACS1 、ACO1 ，增强ET合成能力。PagERF114 作为ET信号下游的关键转录因子，其表达受盐胁迫及外源ET诱导，且过表达PagERF114 足以提高抗氧化能力与耐盐性。PagERF114 的表达在ET合成或感知被抑制时仍可被诱导，表明其存在ET依赖与ET非依赖的双重诱导途径。
4. 赤霉素与茉莉酸 ：PeMPK7 调节GA代谢，盐胁迫下GA1 下降是合成与失活共同加速的结果；同时GAI 下调与GASA 基因上调提示GA信号输出增强。JA合成基因在胁迫早期（2小时）显著上调，伴随MYC2 与多个JAZ 基因的快速诱导，表明PeMPK7 放大了JA信号的负反馈响应幅度，可能优化JA介导的胁迫适应。
综上，PeMPK7 作为一个核心调控因子，协调了ET-JA早期防御、ABA介导的渗透保护以及IAA-GA生长-防御平衡等多个模块，形成协同网络以增强杨树耐盐性，其中ET-ERF114 模块是关键效应通路。
研究结论翻译
本研究中，激素分析与RNA-seq表明，PeMPK7 过表达在盐处理后快速提高ABA和SA水平，同时在对照条件下维持较高的IAA和GA1 含量。通路富集分析显示IAA、CK、ABA、ET和JA信号通路被广泛激活。WGCNA将PeMPK7 定位在一个富含ABA信号的模块中，并鉴定出ACS1 、ACO1 和PagERF114 为盐胁迫下最显著的ET相关靶标。PagERF114 的表达受外源ET诱导，功能实验证实PagERF114 本身足以减少氧化损伤并提高耐盐性，支持了ET-ERF114 通路在耐盐性中的作用。综上所述，本研究结果表明PeMPK7 通过调节植物激素平衡，并部分通过该ET-ERF114 模块来增强杨树耐盐性，为分子育种提供了一个候选的MPK7 -ERF114 调控单元。
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