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鹽度變化的能力，但有關(guān)機制尚不明確。

中國水產(chǎn)科學研究院黃海水產(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，解析了紅毛菜適應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)在響應鹽脅迫過程中，其差異表達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）在響應鹽度變化過程中發(fā)揮重要作用。

該團隊對紅毛菜質(zhì)膜H⁺-ATPase（BfPMHA）和AsA-GSH進一步深入研究。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響應鹽脅迫的功能，并揭示了紅毛菜AsA-GSH 循環(huán)在應對低鹽脅迫時的調(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)科學研究院創(chuàng)新團隊等項目的資助。

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蛋白功能域進化分析

圖4. 紅毛菜AsA-GSH循環(huán)在低鹽脅迫下的響應