盐胁迫下细基江蓠变种liui的生理、转录组和代谢组适应性机制解析

为解决红藻Gracilaria tenuistipitata var. liui在盐度波动环境（5-75 psu）中的分子适应机制问题，研究人员通过生理指标测定、转录组（85,894 unigenes）和代谢组（25种代谢物）分析，揭示了其在低盐（5 psu）和高盐（60 psu）条件下差异调控光合作用、抗氧化系统及能量代谢（如氮代谢、ABC转运体通路）的适应性策略。该研究为红藻生态修复和养殖提供了分子层面的理论依据，发表于《Environmental and Experimental Botany》。

　　

在潮间带、河口等动态环境中，盐度波动（5-75 psu）是影响大型藻类生存的关键因素。细基江蓠变种liui（Gracilaria tenuistipitata var. liui）作为中国南方重要的经济藻类，兼具生态修复价值，但其长期耐盐的分子机制尚不明确。传统生理研究难以揭示基因和代谢层面的调控网络，而多组学技术为解析这一难题提供了新工具。

为探究其适应机制，研究人员采集海口海甸岛的样本，设置5-70 psu梯度培养15天，测定相对生长速率（RGR）、光合色素、总可溶性蛋白（TSP）及叶绿素荧光参数（Fv/Fm、Y(II)）。基于生理结果，选取5 psu（S5）、30 psu（S30对照）和60 psu（S60）进行转录组（Illumina NovaSeq6000测序）和代谢组（¹H-NMR）分析。通过KEGG/GO富集、PCA等生物信息学方法，筛选差异表达基因（DEGs）和代谢物。

3.1 生长与生理响应
盐度显著影响RGR，S30组最高（5.93%），S5和S60分别降低34%和96%。叶绿素a和类胡萝卜素在S5组含量最高，而藻胆蛋白在S50组出现峰值。Fv/Fm在S30达0.57，高/低盐均导致其下降，表明光合系统受损。

3.3 转录组调控特征
共鉴定1,480（S5 vs S30）和2,451（S60 vs S30）个DEGs。低盐显著富集氮代谢、甜菜碱合成等通路，高盐以ABC转运体通路为主。光合相关基因（如psbS、LHCA1）差异表达，Rubisco在两种胁迫下均下调，抑制碳固定。

3.4 关键通路分析

• 光合作用：高盐下调多数光系统基因，但LHCA1上调以补偿光捕获能力；低盐则上调psbS、petJ。
• 抗氧化系统：高盐激活SOD、APX等酶基因，而低盐仅上调GSR，显示抗氧化冗余。
• 能量代谢：高盐促进PPP途径（如葡萄糖-6-磷酸脱氢酶）和糖异生（PEPCK），低盐抑制糖酵解。代谢组显示高盐组海萝糖（Floridoside）含量激增112.17 mg/g，与α-半乳糖苷酶下调相关。

3.5 代谢物动态
25种代谢物中，丙氨酸、异亮氨酸等在高盐组积累，而天冬酰胺在低盐组含量更高。TCA循环中间产物变化反映能量重分配，乙酰-CoA更多用于高盐下的能量供应而非脂肪酸合成。

5. 结论与意义
该研究首次系统揭示了细基江蓠变种liui通过“低盐保光合-高盐强抗氧”的双轨策略适应盐胁迫。低盐下增强光捕获和氨基酸供应，高盐则激活抗氧化并积累相容溶质（如海萝糖）。成果为红藻耐盐品种选育及富营养化水域修复提供了分子靶点，同时拓展了藻类环境适应的理论认知。