多层组学联合 | 代谢转录联合分析揭示ROS调控水稻抗寒性

水稻是世界上种植面积最广的粮食作物，世界上半数人口都以之为食，也是我国首要的粮食作物。在我国，水稻的种植面积约占粮食作物的30%，产量则接近粮食总产量的一般，在粮食生产中占有特别重要的地位。

水稻低温冷害是全球性自然灾害，在世界上许多国家均有发生。而水稻在其生长发育过程中，温度对水稻的影响也是显而易见。因而研究水稻的抗寒性具有重要意义。

植物主要逆境——寒冷，在过去几十年内被广泛研究，特别是转录水平上的反应机制已经明了。然而，恢复生长和环境适应的潜在机制尚未明了。

通过亚洲栽培稻的两个具有抗寒性显著差异的亚种，利用代谢组学在6个不同阶段进行分析。共检测到223种已知代谢产物，

在寒冷处理阶段，生物过程变化主要集中于抗氧化，在恢复期间可发现广泛的抗寒反应，如大量氨基酸的积累。在寒冷处理中期，抗氧化相关化合物在Nipponbare中更早出现，而在93-11中，ROS水平较高。相比于CBF/DREB，ROS调控的基因在Nipponbare应激反应中更活跃，因此，在恢复期，抗寒相关的代谢物在耐寒品种Nipponbare中更易表达，而衰老相关的化合物易于在93-11中积累。

低温胁迫引起表型变化和氨基酸积累

代谢物含量变化

两个品种代谢物相关性

寒冷处理及恢复期均显著差异的代谢产物

ROS积累

RNA-Seq分析

水稻的ROS代谢

逆境胁迫会影响植物生长。而对寒冷逆境的研究有助于提高作物的抗寒性。本文选择了两个天然的抗寒性差异品种，日本晴和93-11，通过代谢组整合转录组，全面分析水稻的抗寒响应。

通过基因-代谢物-表型三个层面，发现ROS可通过转录水平调控抗寒相关代谢物的积累，影响植物抗性。本文实验设计思路系统严谨，是多组学联合研究抗性分析较好案例。

Zhang J. et al., Comparative metabolomic analysis reveals a reactive oxygen species-dominated dynamic model underlying chilling environment adaptation and tolerance in rice. 2016, New Phytol