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昆明植物所在油料作物蓖麻耐热机制研究中取得进展

2022-03-11 昆明植物研究所
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  蓖麻是一种热带起源的油料作物,能够在极端高温(40℃)的条件下生长,为植物耐热机制研究提供了理想的体系。植物已经进化出多种生理、遗传和表观机制响应热胁迫,然而对于脂质重塑在热胁迫中的作用及其分子机制尚不十分清楚。

  中国科学院昆明植物研究所“种子分子遗传”专题攻关组围绕这一科学问题,利用脂质组学和转录组学联合分析,深入解析蓖麻幼苗在热胁迫下脂质重塑的分子基础。研究发现,在蓖麻幼苗中共检测到297种脂质化合物,其中54种脂质分子在热胁迫下发生变化。其中,多不饱和三酰甘油(如TAG54:6、TAG54:7、TAG54:8、TAG54:9)和二酰甘油(DAG36:6)显著增加,而多不饱和甘油糖脂MGDG(MGDG34:3)在热胁迫下显著降低。当高温环境解除后,这些脂质分子恢复到正常水平。亚细胞定位结果表明,热胁迫诱导的TAGs主要储藏在胞质中。转录组分析显示,用于TAG合成的多不饱和脂肪酸并非来自从头合成,而是主要来源于MGDG的脂肪酸水解,随后通过二酰甘油酰基转移酶 (DGAT) 酯化为TAG。

  已有的大量研究发现,叶绿体膜脂不饱和度的急剧下降是对热胁迫响应的保守机制,然而对于叶绿体膜脂是如何发生重塑的分子机制尚不清楚。该研究表明,热胁迫会导致叶绿体膜甘油糖脂的快速水解,从而释放出多不饱和脂肪酸,但这些自由脂肪酸对细胞具有毒害作用,而中性油脂TAGs的大量合成能够极大地回收脂质重塑过程中产生的自由脂肪酸,从而整体上稳定了膜的稳定性。当热胁迫解除后,TAGs将发生水解,将自由脂肪酸返还给叶绿体膜甘油糖脂。该研究为理解脂质重塑在植物适应热胁迫中的作用提供了新的认识。

  相关研究成果以Integrated lipidomic and transcriptomic analysis reveals triacylglycerol accumulation in castor bean seedlings under heat stress为题,发表在Industrial crops and products上。研究得到国家自然科学基金、中科院青年创新促进会等支持。

  论文链接 

油体在蓖麻原生质体中脂滴的定位。CK:正常生长的幼苗、HS:热胁迫处理的幼苗(45℃,12小时)、RHS:热胁迫后恢复的幼苗(45℃,12小时)

蓖麻幼苗热胁迫下脂质重塑和代谢相关基因的表达

打印 责任编辑:程博

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