在自然界中，动植物会受到不同生物胁迫的影响，植物必须抵御这些不利的生物因素适应环境，以便更好地生长发育。自然界的生物胁迫种类较多，主要包括植物病原体，植物害虫，以及寄生植物等生物胁迫因素。生物胁迫不仅影响农作物、园艺植物的品质，还会使得产量严重减产。因此，开展生物胁迫的基础研究显得尤为重要。
转录组多组学是一种强大的工具，在环境胁迫研究中，可以帮助我们深入了解植物和动物对不利环境条件的响应机制。通过整合转录组学与其他组学技术（如蛋白质组学、代谢组学等），我们可以全面分析基因表达、蛋白质表达和代谢物水平的变化。这为我们揭示逆境响应的关键途径、识别新的适应性调节因子以及发现生物标志物提供了宝贵的信息。转录组多组学的应用在环境胁迫研究中具有广泛的场景，为我们理解植物和动物在面对逆境时的生理和适应性变化提供了深入而全面的视角。
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混合重金属胁迫诱导全球缺铁反应
研究背景
多重重金属污染是一个日益普遍的全球性问题。重金属有可能破坏微生物介导的生物地球化学循环。然而，目前还缺乏有关重金属组合对细菌影响的系统级研究。在这项研究中，我们重点研究了受到多种重金属和高浓度硝酸盐污染的橡树岭保护区地下。我们使用代表该地优势物种的本地蜡样芽孢杆菌分离物，通过综合多组学方法（包括发现蛋白质组学、靶向代谢组学和靶向基因表达谱分析）评估了八种金属污染物（浓度均与该地相关）对细胞过程的综合影响。八种金属的组合对细胞生理的影响是无法通过对单个金属的表型反应总和来预测的。暴露于金属混合物会引起全面的铁饥饿反应，这在暴露于单种金属时是无法观察到的。铁平衡的破坏导致含铁因子的硝酸还原酶和亚硝酸还原酶的活性降低，而这两种酶在生物硝酸盐去除过程中都很重要。我们认为，同时暴露于多种重金属的组合效应是环境中一种被低估但却重要的细胞压力形式，有可能破坏全球养分循环。
2 .MdNAC104 通过 CBF 依赖性和 CBF 非依赖性途径正向调节苹果耐寒性
研究背景
低温是影响农作物产量、质量和地理分布的主要环境因素，严重制约了水果产业的发展。NAC（NAM、ATAF1/2 和 CUC2）转录因子（TF）家族参与调控植物的耐寒性，但这些调控过程的机制仍不清楚。在这里，NAC TF MdNAC104 在调节苹果耐寒性方面发挥了积极作用。在冷胁迫下，MdNAC104过表达的转基因植株表现出较少的离子渗漏和较低的ROS（活性氧）积累，但渗透调节物质的含量和抗氧化酶的活性较高。转录调控分析表明，MdNAC104 直接与 MdCBF1 和 MdCBF3 启动子结合，促进其表达。此外，基于转录组和代谢组分析以及启动子结合和转录调控分析，我们发现 MdNAC104 通过上调花青素合成相关基因的表达，在寒冷条件下刺激花青素的积累、 并通过促进抗氧化酶编码基因 MdFSD2 和 MdPRXR1 的表达来提高抗氧化酶的活性。总之，本研究揭示了 MdNAC104 通过 CBF 依赖性和 CBF 非依赖性途径调控苹果耐寒性的机制。
3 .水生外温脊椎动物阿穆尔卧鱼（Perccottus glenii）耐冻性的多组学研究
研究背景
耐冻性，即生物体内部结冰后的生存能力，是一些生活在寒冷环境中的外温动物所采用的引人注目的生存策略。然而，这种非凡的适应能力的遗传基础在很大程度上是未知的。阿穆尔卧鱼（Perccottus glenii）是唯一已知的耐冻鱼种，它可以整个身体冻在冰中越冬。在这里，我们对阿穆尔裸鲤染色体组水平的基因组进行了测序，并进行了基因组、转录组和代谢组的比较分析，以研究其在冰冻中的生存策略。进化分析表明，阿穆尔卧龙在大约1507万年前从其最接近的非耐寒亲缘种分化而来，并经历了高速的蛋白质进化。转录组和代谢组数据发现，在冷冻和解冻过程中，涉及低代谢、细胞应激反应和低温保护剂积累的基因和代谢物受到协调和组织特异性的调控。一些基因显示出蛋白质序列进化加速或家族规模扩大的迹象，这是对冷冻引起的应激的适应性反应。具体来说，与细胞骨架稳定性、冷冻保护剂合成、跨膜运输和神经保护适应性有关的基因变化被认为是有助于冷冻生存的潜在关键创新。我们的工作为揭示支持冷冻生存的分子适应性提供了宝贵的资源和机会。
参考文献
Goff JL, Chen Y, Thorgersen MP, Hoang LT, Poole FL 2nd, Szink EG, Siuzdak G, Petzold CJ, Adams MWW. Mixed heavy metal stress induces global iron starvation response. ISME J. 2023 Mar;17(3):382-392. doi: 10.1038/s41396-022-01351-3. Epub 2022 Dec 26. PMID: 36572723; PMCID: PMC9938188.
Mei C, Yang J, Mei Q, Jia D, Yan P, Feng B, Mamat A, Gong X, Guan Q, Mao K, Wang J, Ma F. MdNAC104 positively regulates apple cold tolerance via CBF-dependent and CBF-independent pathways. Plant Biotechnol J. 2023 Oct;21(10):2057-2073. doi: 10.1111/pbi.14112. Epub 2023 Jun 30. PMID: 37387580; PMCID: PMC10502760.
Jiang H, Lv W, Wang Y, Qian Y, Wang C, Sun N, Fang C, Irwin DM, Gan X, He S, Yang L. Multi-omics Investigation of Freeze Tolerance in the Amur Sleeper, an Aquatic Ectothermic Vertebrate. Mol Biol Evol. 2023 Mar 4;40(3):msad040. doi: 10.1093/molbev/msad040. PMID: 36805964; PMCID: PMC10036996.
155-2731-8020