王绪敏/于军/刘涛合作团队解析海带甘露醇代谢通路及其调控机制

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甘露醇是海带等褐藻最重要的光合储藏物质，最大含量可达藻体干重的15%～26%。褐藻甘露醇在抵御环境低渗胁迫等方面扮演着重要的角色，并广泛地应用在医药、食品、化工等行业。尽管目前利用工业法合成甘露醇替代了之前的褐藻甘露醇提供工艺，但阐明和揭示甘露醇代谢通路将为我们更好地理解海带等褐藻的生态适应与进化具有重要的价值。

近日，烟台大学、中国科学院北京基因组研究所和中国海洋大学等单位的研究人员联合在Genomics, Proteomics & Bioinformatics发表了Transcriptomic and Proteomic Analysis of Mannitol-metabolism-associated Genes in Saccharina japonica 的研究论文，首次验证了海带甘露醇代谢通路及其表达调控机制。

该研究以具有异形世代交替生活史的海带为材料，在完成基因组重测序工作的基础上，进一步结合转录组、蛋白质组、液滴数字PCR（ddPCR）和体外重组表达和酶活验证，构成了较为完整的组学功能验证体系；系统地比较研究了配子体世代（n）和孢子体世代（2n）、不同性别（雌性配子体和雄性配子体）、不同组织部位（假根，柄部，叶片基部、中部、波褶和梢部）和不同环境胁迫条件（高温、低盐和黑暗）的基因表达调控特征。首次建立了复杂生活生活史和多变体制构造大型海藻组学研究的基本研究策略。

研究方案与策略

该研究通过体外重组表达和酶活实验验证了海带甘露醇代谢酶功能，首次构建了海带“甘露醇代谢环”通路；发现甘露醇代谢通路基因在生活史各阶段、不同组织部位和不同环境胁迫条件下主要呈现组成型表达，表明甘露醇代谢在海带生活和生态适应方面扮演着基础性代谢的重要角色，基因表达和蛋白翻译水平的动态变化模式，揭示了海带甘露醇与其他碳水化合物的合成和积累存在动态平衡机制。研究成果为进一步了解褐藻丝状体向叶状体体制进化，开展品质性状分子育种和开展合成生物学研究提供了重要的基础。

海带甘露醇代谢通路基因功能验证（左）和表达调控特征（右）

烟台大学王绪敏教授、中国科学院北京基因组研究所于军研究员和中国海洋大学刘涛教授为该文的共同通讯作者。中国海洋大学池姗博士和北京市农林科学院王国良博士为该文的共同第一作者。该研究得到了国家自然科学基金、山东省泰山产业领军人才计划、青岛市创业创新领军人才计划、现代农业产业技术体系等资金的资助。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.gpb.2018.12.012

来源：BioArt植物