藜麦种子转录组与蛋白质组的多组学分析揭示地理适应性差异与营养品质关联

本研究针对藜麦(Chenopodium quinoa)种子营养品质与地理适应性的关联问题，通过比较阿根廷西北部四种生态型与智利海岸品种QQ74的转录组、蛋白质组及氨基酸组成，发现过渡区品种C1富含氧化磷酸化(Oxidative phosphorylation)和热响应(Heat response)相关基因，11S/13S球蛋白和抗菌肽(Vicilin-like antimicrobial peptides)为优势贮藏蛋白，且不同品种间赖氨酸(Lys)和亮氨酸(Leu)含量存在显著差异。该研究为藜麦抗逆育种和营养改良提供了分子靶点。

　　

在气候变化加剧和粮食安全挑战的背景下，藜麦因其卓越的抗逆性和均衡的营养组成成为"超级作物"。然而，不同地理来源的藜麦品种如何通过分子机制适应极端环境，其种子营养品质又存在哪些遗传差异，这些问题尚未系统阐明。来自阿根廷国家农业技术研究院(INTA)和布宜诺斯艾利斯大学的研究团队在《BMC Plant Biology》发表的研究，通过多组学联用技术揭示了这一奥秘。

研究人员采用RNA-seq转录组分析、双向电泳(2D-Gel)蛋白质组技术和氨基酸高效液相检测，对代表阿根廷西北部四种生态型（干旱谷地C4、干旱高原C2、过渡区C1、湿润谷地C3）及智利海岸品种QQ74的种子样本进行系统比较。

氨基酸组成分析
通过高效液相色谱测定发现，所有品种均满足WHO氨基酸需求标准，但过渡区品种C1的赖氨酸（4.99 g/100g）显著高于高原品种C2（4.29 g/100g），干旱谷地品种C4的亮氨酸（6.06 g/100g）显著高于QQ74（5.47 g/100g）。

转录组差异特征
多维尺度分析(MDS)显示QQ74与其他品种差异最大。通过EdgeR筛选出3,014个差异表达基因(DEGs)，k-means聚类识别出6个特征表达模式。过渡区品种C1特异性上调88个基因，包括NADH泛醌氧化还原酶（CQ019012-015）等氧化磷酸化通路基因，以及HSP17.6（CQ032647）、HSP18.3（CQ025070）等热激蛋白基因。GO分析显示这些基因显著富集于"ATP代谢过程"(GO:0046034)和"TOR信号通路"(GO:0031929)。

蛋白质组特征
质谱鉴定显示11S球蛋白（CQ032090-RA）、13S球蛋白（CQ017390-RA）和抗菌肽2-1（CQ031945-RA）为优势贮藏蛋白。其中13S球蛋白在干旱谷地品种C4的表达量（FPKM 4707）是QQ74（FPKM 35）的134倍，而抗菌肽2-1在QQ74中表达最高（FPKM 4816）。

该研究首次系统揭示了不同生态型藜麦的分子适应机制：过渡区品种C1通过上调氧化磷酸化通路和热激蛋白增强能量代谢与热耐受；贮藏蛋白的品种间差异解释了氨基酸组成变异。这些发现为培育适应暖化气候的高营养藜麦品种提供了分子标记，13S球蛋白和抗菌肽等关键蛋白可作为营养强化的重点靶标。研究建立的29,355个转录本数据库更为后续功能基因组研究奠定了重要基础。