中國熱科院椰子所首次利用多組學技術分析評價油棕栽培品種耐寒性取得新突破

中經聯播訊（戴冠和 通訊員李靜）中國熱科院椰子所首次利用多組學技術對三份引進的油棕栽培品種的耐寒性進行了評價并取得新進展。該研究初步闡述了油棕在低溫脅迫下的應答機理，鑒定了參與低溫應答的主要信號通路及其富集，研究結果為作物低溫脅迫的應答與適應理論提供重要的補充，為油棕耐寒品種的培育提供理論基礎。   

▲低溫脅迫下油棕轉錄組和蛋白質組相關表達的DEG和DEP聚類分析

油棕是世界第一大木本油料作物，在全球熱帶地區廣泛種植，低溫脅迫對油棕生長發育及產量均造成不同程度的影響。但是油棕低溫脅迫下的應答機理尚不清楚，對低溫脅迫下的油棕轉錄組學和蛋白質組學聯合分析研究也是空白。本研究通過轉錄組和蛋白質組學的聯合分析表明，油棕不同品種代謝合成和次級代謝生物合成途徑相關通路基因在轉錄組和蛋白質組中呈現顯著的差異表達。分析發現了油棕不同品種有135個差異表達蛋白與低溫脅迫應答相關，其中谷胱甘肽-S-轉移酶F11（GSTF11）在OG（E. oleifera × Elaeis guineensis）和TE（Tanzania × Ekona）兩個油棕品種中的表達均顯著上調1.5倍以上。  

▲低溫脅迫下油棕蛋白質組中鑒定的應激反應、光合作用和呼吸相關DEP（A）三種油棕品種中參與應激反應、光合作用和呼吸的DEP總數（B）三種油棕品種蛋白質組中不同種類的DEP對應激反應、光合作用和呼吸的影響

在分析低溫脅迫對油棕光合及呼吸作用的影響時發現，低溫對呼吸及光合作用的影響尤其顯著。在油棕蛋白質組中共鑒定出52個與呼吸相關的差異表達蛋白分別屬于TCA循環、糖酵解和電子傳遞鏈相關通路；87種差異表達蛋白參與油棕品種的光合作用，主要與光系統I/II相關，卡爾文循環和葉綠素a-b結合蛋白占主導地位，其次是類囊體管腔和細胞色素b/f復合物。研究表明TE品種中非生物、生物、熱和氧化應激相關蛋白的積累以及光合作用相關蛋白的被抑制可能導致氧化應激期間ROS清除能力的增強，這可能是品種TE的耐寒性高的主要原因。

▲油棕中脅迫反應、光合作用和呼吸DEP的熱圖圖解。注:（A） 應激反應DEP分為氧化應激、非生物應激、生物應激和熱應激；（B）參與光合作用的DEP（C）三種油棕品種與呼吸相關的DEP。字母符號X、Y和Z分別表示BE-0_VS_BE-5、OG-0_VS-OG-5和TE-0_VS_TE-5不同油棕品種不同處理的比較

該研究結果以“Integrative Omics Analysis of Three Oil Palm Varieties Reveals (Tanzania × Ekona) TE as a Cold-Resistant Variety in Response to Low-Temperature Stress”為題發表于《International Journal of Molecular Sciences》。中國熱科院椰子所亞非杰出青年科學家Mumtaz Ali Saand為論文的第一作者，楊耀東研究員為該論文的通訊作者。該研究得到了國家自然科學基金項目和科技部亞非杰出青年科學家來華工作項目的資助。