10月10日，中國科學(xué)院上海植物逆境生物學(xué)研究中心張蘅研究組和朱健康研究組，以A high-quality genome assembly of quinoa provides insights into the molecular basis of salt bladder-based salinity tolerance and exceptional nutritional value為題的研究論文，在線發(fā)表在Cell Research上。研究通過對藜麥基因組的高質(zhì)量組裝和鹽泡細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄組分析，揭示了藜麥耐鹽和高營養(yǎng)價值的分子機(jī)制。
藜麥（Chenopodium quinoa）是源自美洲安第斯山脈的一種假谷物，距今已有7000多年歷史。近年來，藜麥的種植面積不斷增加，其種子均衡的營養(yǎng)組成，也是美國國家航空與航天局選定的宇航員食物。藜麥具有良好的耐鹽特性，它可在低鹽環(huán)境下正常生長，但在100毫摩爾氯化鈉環(huán)境下可達(dá)到zui大生物量，在500毫摩爾氯化鈉（海水鹽濃度）環(huán)境下生物量損失也僅為20-50%，因此藜麥的種植可增加鹽堿地的利用效率，保障未來的糧食安全。
研究人員通過對第二代和第三代高通量測序數(shù)據(jù)的混合拼裝，獲得了高質(zhì)量的藜麥基因組序列，其總長度為1.34Gb，scaffold N50達(dá)到1.16 Mb。基因組在距今約430萬年前經(jīng)歷過一次全基因組復(fù)制，基因組注釋發(fā)現(xiàn)了54438個蛋白編碼基因和192個微RNA（miRNA）基因；參與離子與養(yǎng)分運(yùn)輸、脫落酸動態(tài)平衡與信號轉(zhuǎn)導(dǎo)等過程的基因拷貝數(shù)增加。藜麥編碼的三個主要種子貯藏蛋白家族的蛋白序列中人類所需的必需氨基酸比例均顯著增加，部分解釋了藜麥種子高營養(yǎng)價值的原因。
表皮鹽泡細(xì)胞（epidermal bladder cell， EBC）在約一半的喜鹽植物（halophyte）中都存在，也是在藜麥耐鹽過程中起重要作用的一類細(xì)胞。此前研究表明，鹽泡細(xì)胞體積可達(dá)普通表皮細(xì)胞的1000倍左右，其積累的離子濃度可高達(dá)1摩爾。通過對鹽泡細(xì)胞、去除鹽泡細(xì)胞的葉片和整葉片的轉(zhuǎn)錄組比較分析，研究人員發(fā)現(xiàn)鹽泡細(xì)胞具有與藜麥其它組織差異極大的轉(zhuǎn)錄組，大量表達(dá)在蠟質(zhì)合成、糖轉(zhuǎn)運(yùn)等方面起作用的基因。研究發(fā)現(xiàn)了多個鹽泡特異的離子轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因，這些基因的表達(dá)在藜麥?zhǔn)艿禁}脅迫的情況下表達(dá)不發(fā)生顯著變化，說明其具有組成性活性或受到翻譯后水平上的調(diào)控。根據(jù)這些結(jié)果，研究人員提出了從表皮細(xì)胞到鹽泡細(xì)胞的離子轉(zhuǎn)運(yùn)的分子模型。
該研究與德國維爾茨堡大學(xué)共同完成。研究工作得到了中科院、科技部、國家自然科學(xué)基金委等的資助。(生物谷Bioon.com）侵刪
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