近日，我校農學院“作物功能基因組與基因編輯創新團隊”在The Crop Journal （SCI/中科院一區TOP/ IF 4.407）在線發表了題為“Dynamic and adaptive membrane lipid remodeling in leaves of sorghum under salt stress”的研究論文，分析了鹽脅迫下高粱葉片100余種甘油脂質的變化，構建了膜脂代謝調控網絡，并首次提出高粱是18:3植物。
作者基于脂質組學和轉錄組學技術，分析了鹽脅迫下高粱葉片的動態膜脂代謝變化規律，構建了包含主要膜脂代謝途徑的“基因-代謝物”調控網絡（圖1）。結果表明，高粱葉片中半乳糖脂（DGDG和MGDG）占總甘油脂的65%以上，而且C36分子種是MGDG的優勢分子種，表明高粱是一種18:3植物。鹽脅迫下（150 mmol L-1 NaCl），多個脂質代謝途徑被激活（紅色箭頭所示），主要與磷脂酰膽堿PC合成和轉運、半乳糖脂的合成和降解，以及脂肪酸的去飽和相關。
圖1 鹽脅迫下高粱葉片膜脂代謝調控網絡
該研究發現，鹽脅迫導致高粱葉片中質體（葉綠體）脂質的比例顯著下降，尤其是MGDG和PG，這可能極大地損害光合膜的穩定性和葉綠體的功能（圖2）。但是，在鹽脅迫下，高粱葉片細胞中也發生了明顯的適應性膜脂重塑。主要表現在：①細胞質和質體（葉綠體）之間脂代謝途徑的調整導致C36:4PC轉化為C36:6MGDG，進一步轉化為C36:6DGDG，以補充葉綠體脂質并保持光合膜的完整性；②雙層脂質與非雙層脂質的比率增加，特別是DGDG/MGDG的比例增加，有利于光合膜的穩定性；③主要磷脂和DGDG的雙鍵指數升高意味著膜流動性增加（圖2）。
圖2 鹽脅迫下高粱葉片適應性膜脂重塑示意圖
農學院研究生蓋勝男、劉德斌和褚敏為共同第一作者，“作物功能基因組與基因編輯創新團隊”徐晶宇教授與賀琳副教授為共同通訊作者。該研究得到黑龍江省雜糧產業技術協同創新推廣體系、黑龍江省高水平大學和優勢特色學科建設項目“雜糧生產與加工”項目、黑龍江省自然基金重點項目、黑龍江八一農墾大學三橫三縱重點專項等項目資助。徐晶宇教授團隊主要開展作物逆境功能基因組學、基因編輯、分子設計育種等方面研究，研究成果已發表在Plant Biotechnology Journal，Journal of Integrative Plant Biology，Journal of Agricultural and Food Chemistry，Frontiers in Plant Science等SCI雜志上。
文圖/蓋勝男
