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中央民族大学澳门新莆京app官网下载8883周宜君团队在荒漠油料作物西蒙得木响应高低温胁迫的调控网络方面取得系列进展

【来源: | 发布日期:2022-07-26 】

荒漠油料作物西蒙得木(Simmondsia chinensis (link) Schneider)隶属于西蒙得木科西蒙得木属,是一种雌雄异株的多年生常绿灌木,其种子中含有高达65%的淡金色无味高粘度油(荷荷巴油),用途广泛,在国际上被称为“液体黄金”“绿色石油”,作为特种油料作物,西蒙得木成为迅速崛起的重要植物种质资源。西蒙得木原产于美国南部和墨西哥北部的索诺拉沙漠,根系发达,极耐干热,但不耐寒,低温是西蒙得木生长的主要限制因子。随着组学技术的飞速发展,多组学联合分析已被广泛应用于解析植物抗逆机制的相关研究。近年来,周宜君教授团队以西蒙得木为研究对象,利用生理生化和多组学联合分析的手段研究西蒙得木响应高低温胁迫的调控网络特点,取得了重要进展,研究成果发表在Industrial Crops and Products(农林科学一区)和Scientia Horticulturae(农林科学二区top期刊)上。

研究发现,西蒙得木通过调节蛋白质折叠、蛋白分选、光合作用、钙信号通路、MAPK级联、自由基清除、能量代谢和碳水化合物代谢等过程适应高温胁迫。通过钙离子和MAPK信号通路激活下游转录因子HY5HSF进而诱导了热激应答基因的表达。如HSP90mtHSC70-1mtHSC70-2可能在维持高温胁迫西蒙得木叶绿体、线粒体以及转录和翻译装置的正常功能中发挥重要作用。还有一些编码与能量代谢和光合作用相关酶的基因在高温胁迫下也发生了差异表达,这有助于重建西蒙得木体内被破坏的能量平衡。此外西蒙得木还通过调节碳水化合物和氨基酸代谢途径来维持渗透平衡,减轻高温胁迫造成的损害,一些可溶性糖和游离的氨基酸(如半乳糖醇、蜜二糖、蔗糖、脯氨酸、色氨酸、苯丙氨酸等)含量上升(图1)。研究结果有助于理解耐热植物热适应的分子机制,鉴定的关键耐热基因也可以作为作物耐热育种的候选基因。

图1西蒙得木响应高温胁迫的代谢调控网络(Zheng et al. 2022)

生理指标检测结果显示,低温驯化通过增强细胞的渗透压、减少光合机构的损伤、激活抗氧化酶活性等多种方式提高了西蒙得木的低温耐受性。多组学联合分析发现多个基因调控模块可能在西蒙得木响应低温驯化过程中发挥了重要作用,其中ICE1-CBF-SFR6通路激活了与冷胁迫相关的植物防御反应,miR398-CSD1/2和miR396-glutaredoxin参与调节ROS的稳态平衡,miR167-GDC1与光合作用的维持相关(图2)。本研究结果有助于深化对植物低温驯化分子机制的认识,为西蒙得木引种栽培和耐低温育种提供了重要数据。

图2西蒙得木响应低温驯化的转录调控网络(Zheng et al. 2022)

以上研究结果的第一作者是中央民族大学澳门新莆京app官网下载88832020级博士研究生郑腊梅,周宜君教授、高飞教授为共同通讯作者。上述研究获得国家自然科学基金项目(31770363,31670335)、国家民委重点实验室(民族地区生态环境实验室、质谱成像与代谢组学实验室)项目、中央民族大学科研创新团队项目的支持。

论文链接如下:

(1) Zheng L, Wu W, Chen Q, et al. Integrated transcriptomics, proteomics, and metabolomics identified biological processes and metabolic pathways involved in heat stress response in jojoba.Industrial Crops and Products, 2022, 114946.(https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2022.114946)

(2) Zheng L, Wu W, Gao Y, et al. Integrated transcriptome, small RNA and degradome analysis provide insights into the transcriptional regulatory networks underlying cold acclimation in jojoba.Scientia Horticulturae, 2022, 111050. (https://doi.org/10.1016/j.scienta.2022.111050)