项目文章 | 转录-蛋白-代谢三组学联合揭示坛紫菜抗逆机制

Multi-omics responses of red algae Pyropia haitanensis to intertidal desiccation during low tides

海洋红藻坛紫菜对低潮期间潮间带干燥的多组学响应

紫菜，因其独特的风味而在世界范围内广受欢迎。坛紫菜（Pyropia haitanensis）是中国特有种，主要分布于暖温带的高潮带。经过约60多年的大规模养殖，目前已成为世界上最重要的海水养殖品种之一，为我国创造了巨大的经济效益和生态效益。

由于坛紫菜的叶状体在退潮时可能会失去90%以上的细胞水分，因此它是探索潮间带海藻干燥耐受机制的理想材料。此外，气候变化预计将导致极端天气的发生频率增加，从而加剧潮间带非生物胁迫对海藻的不利影响。

近年来，紫菜养殖海域经常遇到被称为“小阳春”的异常天气，期间急剧升高和持续的高温（28～30℃）显著抑制了坛紫菜的生长，导致产量和品质下降。因此，迫切需要建立坛紫菜分子育种体系以加快育种进程及育种效率，而抗逆分子机制的解析和抗逆基因的筛选是关键步骤。

在本研究中，使用转录组、蛋白质组和代谢组分析确定叶状体对单重干燥胁迫 (SS) 和干燥、高温和强光三重胁迫 (TS) 的多组学响应。对差异表达基因 (DEG)、差异表达蛋白 (DEP) 和差异积累代谢物 (DAM) 进行鉴定，再进一步开展两两联合分析。

结果表明，在两种胁迫条件下，有多对DEGs/DEPs, DEGs/DAMs，和DEPs/DAMs 参与乙醛酸和二羧酸代谢途径（ko00630）以及光合生物中的碳固定途径（ko00710），此外，还有多对DEGs/DAMs 显著富集于醚脂类代谢途径 (ko00565)。

坛紫菜叶状体响应单重胁迫（SS）和三重胁迫（TS）过程中关键代谢途径的多组学分析

因此，作者推测质膜首先响应潮间带干燥胁迫，并通过磷脂降解激活应激信号转导。下游通路接收信号后开始合成并积累参与渗透调节的有机酸（苹果酸和琥珀酸）和氨基酸（谷氨酸、天冬氨酸和丙氨酸），同时还可以清除活性氧 (ROS)；通过下调参与光合固碳途径的大多数基因及其蛋白质，可以减少能量代谢以防止 ROS 的积累和细胞损伤；光合作用 - 天线蛋白 (Lhca1) 被上调以防止或降低光应激引起的损伤。通过这些途径的共同作用，可以在高温天气的低潮期间保护坛紫菜的叶片免受潮间带干燥和其他伴随胁迫，特别是高温胁迫的影响。

该研究结果为应对全球变暖、开展抗性坛紫菜新品种的育种策略提供了宝贵的见解。

高温天气的低潮期间坛紫菜叶片响应潮间带干燥的可能调控机制

转录-蛋白-代谢三组学联合在生理抗逆研究方向应用非常广泛，【中科新生命】建立了完整的多组学服务平台，从转录、蛋白到代谢，打通表型与分子机制间的关系，全方位、立体化描绘系统生物学研究。