高粱是一种水分利用效率高、适应性强的C4作物，可用作食物、饲料和燃料的生产。土壤盐渍化是限制植物生长和生产的主要环境胁迫，是一个日益严重的全球性问题。深入解析作物对盐胁迫的响应机制，对改善作物抗逆性和有效利用盐碱地具有重要意义。
近日，我院“作物功能基因组与基因编辑创新团队”在The Crop Journal（SCI/中科院一区TOP/ IF 4.407）在线发表了题为“Dynamic and adaptive membrane lipid remodeling in leaves of sorghum under salt stress”的研究论文，分析了盐胁迫下高粱叶片100余种甘油脂质的变化，构建了膜脂代谢调控网络，并首次提出高粱是18:3植物。
作者基于脂质组学和转录组学技术，分析了盐胁迫下高粱叶片的动态膜脂代谢变化规律，构建了包含主要膜脂代谢途径的“基因-代谢物”调控网络（图1）。结果表明，高粱叶片中半乳糖脂（DGDG和MGDG）占总甘油脂的65%以上，而且C36分子种是MGDG的优势分子种，表明高粱是一种18:3植物。盐胁迫下（150 mmol L-1 NaCl），多个脂质代谢途径被激活（红色箭头所示），主要与磷脂酰胆碱PC合成和转运、半乳糖脂的合成和降解，以及脂肪酸的去饱和相关。
图1 盐胁迫下高粱叶片膜脂代谢调控网络
该研究发现，盐胁迫导致高粱叶片中质体（叶绿体）脂质的比例显著下降，尤其是MGDG和PG，这可能极大地损害光合膜的稳定性和叶绿体的功能（图2）。但是，在盐胁迫下，高粱叶片细胞中也发生了明显的适应性膜脂重塑。主要表现在：①细胞质和质体（叶绿体）之间脂代谢途径的调整导致C36:4 PC转化为C36:6 MGDG，进一步转化为C36:6 DGDG，以补充叶绿体脂质并保持光合膜的完整性；②双层脂质与非双层脂质的比率增加，特别是DGDG/MGDG的比例增加，有利于光合膜的稳定性；③主要磷脂和DGDG的双键指数升高意味着膜流动性增加（图2）。
图2盐胁迫下高粱叶片适应性膜脂重塑示意图
膜脂重塑（membrane lipid remodeling）是植物应对非生物胁迫的重要调节机制。本研究有助于解析盐胁迫下作物膜脂代谢的动态调控规律，并有助于明确膜脂重塑在作物适应盐胁迫中的作用。
黑龙江八一农垦大学农学院研究生盖胜男、刘德斌和褚敏为该文共同第一作者，“作物功能基因组与基因编辑创新团队”徐晶宇教授与贺琳副教授为共同通讯作者。该研究得到黑龙江省杂粮产业技术协同创新推广体系、黑龙江省高水平大学和优势特色学科建设项目“杂粮生产与加工”项目、黑龙江省自然基金重点项目、黑龙江八一农垦大学三横三纵重点专项等项目资助。徐晶宇教授团队主要开展作物逆境功能基因组学、基因编辑、分子设计育种等方面研究，研究成果已发表在Plant Biotechnology Journal，Journal of Integrative Plant Biology，Journal of Agricultural and Food Chemistry，Frontiers in Plant Science等SCI杂志上。
供稿 盖胜男
