"低光与盐胁迫双重挑战下羊草 redox 稳态调控机制的多组学解析"

《BMC Genomics》：Integrative analysis of transcriptome and metabolism reveals functional roles of redox homeostasis in low light and salt combined stress in Leymus chinensis

本期推荐：羊草( Leymus chinensis )作为我国北方重要牧草常面临低光(LL)与盐胁迫(Salt)双重压力。黑龙江农科院与扬州大学联合团队通过整合转录组与代谢组分析，发现碳代谢通路下调、光呼吸(GO1)与GSH/GSSG氧化还原系统差异响应是LL-Salt协同作用的关键机制，为牧草抗逆育种提供新靶点。研究揭示细胞redox稳态在环境胁迫中的核心作用，发表于《BMC Genomics》。

　　在广袤的欧亚草原上，羊草(Leymus chinensis)以其卓越的适应能力成为重要的牧草资源。然而随着种植密度增加和土壤盐渍化加剧，这种禾本科植物正面临低光照(LL)与盐胁迫(Salt)的双重挑战。传统研究多关注单一胁迫响应，而对LL-Salt复合胁迫的分子机制认知仍存在空白。黑龙江农业科学院草业研究所与扬州大学农业基因组学与分子育种重点实验室的Jikai Li和Mingnan Qu团队，通过创新性地整合多组学分析，揭开了羊草应对环境胁迫的分子密码。

研究团队采用六大实验组合：中等光照(ML,500 μmol·m^-2·s^-1)与低光照(LL,50 μmol·m^-2·s^-1)下分别设置0mM、50mM和200mM NaCl处理。通过表型观测发现LL-Salt复合处理导致植株倒伏加剧，光合效率F_v/F_m降低8-20%。关键技术创新在于将非参考基因组转录组分析与LC-MS/MS代谢组检测相结合，使用STAR比对和DESeq2差异分析，同时测定CAT、SOD等抗氧化酶活性验证分子发现。

生理指标显示盐胁迫显著提升H₂O₂和脯氨酸含量6-23%，而LL处理使CAT活性提升40%但盐处理降低15-46%。转录组分析获得43,562个基因，其中LL特异下调4,921个基因，主要富集于质体功能和碳代谢通路。盐胁迫共同影响2,210个差异基因，涉及磷酸化过程和戊糖磷酸途径。代谢组PCA分析成功区分各处理组，鉴定出16个共响应代谢物，包括TCA循环中间体在LL中上调而在盐胁迫中下调的相反模式。

光呼吸通路的调控呈现"剪刀差"现象：代谢物丝氨酸(serine)和乙醇酸(glycolate)及其调控基因GO1在LL中下调却在盐胁迫中上调。qPCR验证发现ABA信号通路关键基因SnRK2在两种胁迫中均上调，而谷胱甘肽还原酶GR1呈现与GO1相反的调控模式。这种精细的redox平衡调控网络，通过GSH/GSSG系统与光呼吸的协同作用，构成了羊草应对复合胁迫的"分子缓冲器"。

该研究首次系统描绘了羊草在LL-Salt复合胁迫下的代谢重编程图谱，揭示碳代谢抑制是共同靶点，而redox稳态调控呈现胁迫特异性。发现光呼吸通路在盐胁迫中充当ROS"安全阀"却在LL中关闭的分子开关现象，为理解环境胁迫的协同效应提供了新视角。研究成果不仅为牧草抗逆育种提供标记基因(如PIF4、WDRCP44)，更建立了多组学分析在非模式植物研究中的技术范式。未来研究可进一步探索这些通路在田间复杂环境下的交互作用，为草原生态恢复和可持续农业发展提供理论支撑。