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10月10日，中國(guó)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(guò)對(duì)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(yíng)養(yǎng)價(jià)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(lái)，藜麥的種植面積不斷增加，其種子均衡的營(yíng)養(yǎng)組成，也是美國(guó)國(guó)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(zhǎng)，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(lái)的糧食安全。
研究人員通過(guò)對(duì)第二代和第三代高通量測(cè)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(zhǎng)度為1.34Gb，scaffold N50達(dá)到1.16 Mb?；蚪M在距今約430萬(wàn)年前經(jīng)歷過(guò)一次全基因組復(fù)制，基因組注釋發(fā)現(xiàn)了54438個(gè)蛋白編碼基因和192個(gè)微RNA（miRNA）基因；參與離子與養(yǎng)分運(yùn)輸、脫落酸動(dòng)態(tài)平衡與信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)等過(guò)程的基因拷貝數(shù)增加。藜麥編碼的三個(gè)主要種子貯藏蛋白家族的蛋白序列中人類(lèi)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(yíng)養(yǎng)價(jià)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(guò)程中起重要作用的一類(lèi)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(guò)對(duì)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(gè)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(shuō)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(guó)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(guó)家自然科學(xué)基金委等的資助。(生物谷Bioon.com）侵刪
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