紅毛菜是一類古老而原始的紅藻，兼具海水種和淡水種（暗紫紅毛菜，Bangia atropurpurea）。其海水種Bangia fuscopurpurea（中文種名同屬名：紅毛菜）自然生長于潮間帶，具有極高的營養(yǎng)價值，為我國特色栽培海藻物種，2021年入選農(nóng)業(yè)農(nóng)村部“十大優(yōu)異水產(chǎn)種質(zhì)資源”。紅毛菜和暗紫紅毛菜均具有很強的適應(yīng)鹽度變化的能力，但有關(guān)機制尚不明確。

中國水產(chǎn)科學(xué)研究院黃海水產(chǎn)研究所海洋藻類生物資源與功能研究團(tuán)隊通過對比研究紅毛菜對低鹽脅迫與暗紫紅毛菜對高鹽脅迫的響應(yīng)，解析了紅毛菜適應(yīng)鹽度變化的分子機制，相關(guān)研究成果在International Journal of Biological Macromolecules、International Journal of Molecular Sciences和Frontiers in Marine Science發(fā)表。

研究團(tuán)隊通過關(guān)聯(lián)三代全長轉(zhuǎn)錄組和代謝組數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)在響應(yīng)鹽脅迫過程中，其差異表達(dá)基因和代謝物被顯著富集到次生代謝物、脂類代謝、能量代謝等通路，揭示兩種紅毛菜為了適應(yīng)鹽度變化，快速調(diào)節(jié)其光合系統(tǒng)、膜系統(tǒng)和抗氧化系統(tǒng)，以清除在鹽度變化過程中持續(xù)產(chǎn)生的大量活性氧。組學(xué)數(shù)據(jù)分析還發(fā)現(xiàn)質(zhì)膜H⁺-ATPase和抗壞血酸-谷胱甘肽循環(huán)（AsA-GSH）在響應(yīng)鹽度變化過程中發(fā)揮重要作用。

該團(tuán)隊對紅毛菜質(zhì)膜H⁺-ATPase（BfPMHA）和AsA-GSH進(jìn)一步深入研究。通過構(gòu)建紅毛菜酵母雙雜文庫，篩選到BfPMHA潛在互作蛋白，且通過轉(zhuǎn)基因酵母驗證了BfPMHA響應(yīng)鹽脅迫的功能，并揭示了紅毛菜AsA-GSH 循環(huán)在應(yīng)對低鹽脅迫時的調(diào)控途徑。相關(guān)研究為提高紅毛菜產(chǎn)業(yè)應(yīng)對環(huán)境鹽度變化、培育抗逆優(yōu)質(zhì)新品種提供了理論依據(jù)。

黃海水產(chǎn)研究所博士后姚海芹為International Journal of Biological Macromolecules和International Journal of Molecular Sciences論文的第一作者，研究生牛賜桐為Frontiers in Marine Science論文的第一作者，汪文俊研究員為三篇文章的通訊作者。相關(guān)工作得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、國家藻類產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系、山東省重大科技創(chuàng)新工程和中國水產(chǎn)科學(xué)研究院創(chuàng)新團(tuán)隊等項目的資助。

全文鏈接：

1. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2023.127466

2. https://doi.org/10.3390/ijms24087644

3. https://doi.org/10.3389/fmars.2023.1174472

圖1. 紅毛菜在高鹽條件下差異表達(dá)基因的趨勢分析

圖2. 紅毛菜和暗紫紅毛菜代謝組數(shù)據(jù)的多元統(tǒng)計分析

圖3. 紅毛菜質(zhì)膜H⁺-ATPase蛋白功能域進(jìn)化分析

圖4. 紅毛菜AsA-GSH循環(huán)在低鹽脅迫下的響應(yīng)