低温胁迫作为一种广泛存在的非生物胁迫，对植物的生长发育、地区分布和作物产量均具有重大影响。玉米是一种热带起源的经济作物，对低温胁迫十分敏感。研究玉米耐冷性的分子机制，能够为培育耐低温胁迫玉米提供理论基础，对提高玉米耐冷性、缓解极端温度造成的减产具有重要意义。当植物受到低温胁迫时，细胞膜脂质组成(包括各种脂质化合物含量和不饱和度)会发生显著改变，并且这种生理上的改变可能与植物低温应答过程关系密切。此外，低温胁迫导致细胞膜硬化被广泛认为是触发植物下游低温胁迫反应的起始事件。随着质谱技术和组学方法的发展，脂质组学分析已被广泛应用于水稻、小麦和花生等物种中。脂质重塑在植物耐低温胁迫中发挥重要作用，对低温胁迫下玉米的脂质组变化进行解析将有助于利用脂质化合物作为新的分子标记，挖掘调控玉米耐低温关键基因。
2023年7月20日，Journal of Genetics and Genomics在线发表中国农业大学杨淑华/施怡婷团队题为“Genetic and lipidomic analyses reveal the key role of lipid metabolism for cold tolerance in maize”的研究论文。该研究揭示了玉米脂质化合物在低温条件下的重塑特征和变化规律，并结合遗传分析，系统解析了玉米脂代谢与其低温响应之间的内在联系，有助于阐明玉米低温响应的分子机制，为挖掘调控玉米耐冷性的关键基因提供新思路。
该研究发现，低温胁迫诱导的玉米脂质重塑过程具有选择性和特异性。以糖脂MGDG和磷脂PC为例，低温胁迫下MGDG 36:5和PC 34:2的含量显著降低，而MGDG36:6和PC36:4的含量无明显改变。同样地，在磷脂PA和甘油酯DAG中，PA36:5、PA36:6、DAG36:5和DAG36:6的含量呈现特异受低温诱导的变化趋势。这些低温下特异变化的脂质化合物可以被开发成为脂质组-GWAS的分子标记，有助于人们为开发玉米耐寒品系挖掘基因资源。此外，低温胁迫显著诱导磷脂PA和PC含量的变化，这一现象在不同植物物种中具有保守性。玉米磷脂PI含量较低，且受低温胁迫诱导后进一步显著降低，而在拟南芥中并未观察到这一现象，因此，研究人员推测磷脂PI的含量可能影响着不同植物的耐冷性。综上所述，本研究通过脂质组和遗传分析，有助于人们全面认识玉米脂代谢和耐冷性之间的内在联系，为作物耐寒性遗传改良挖掘基因资源提供潜在的分子标记和新的研究思路。
玉米脂质化合物在低温条件下的重塑特征和变化规律
作者简介
中国农业大学植物抗逆高效全国重点实验室在读博士生高磊为该论文第一作者，施怡婷教授为通讯作者。研究得到中国农业大学杨淑华教授和中国科学院遗传与发育生物学研究所左建儒研究员的大力支持和指导。相关工作得到国家自然科学基金、中央高校基本科研业务费专项资金等项目资助。
引用本文
Lei Gao, Haifang Jiang, Minze Li, Danfeng Wang, Hongtao Xiang, Rong Zeng, Limei Chen, Xiaoyan Zhang, Jianru Zuo, Shuhua Yang, Yiting Shi. (2023). Genetic and lipidomic analyses reveal the key role of lipid metabolism for cold tolerance in maize. Journal of Genetics and Genomics.
DOI：10.1016/j.jgg.2023.07.004
第一作者面对面
自我介绍
我是高磊，来自安徽宿松，目前在中国农业大学生物学院攻读博士学位，我的研究方向是玉米低温胁迫应答机制，指导老师是杨淑华教授。
业余兴趣爱好
我喜欢听轻音乐，看纪录片，读历史方面的书籍。
目标或愿景
我希望自己以后能在学术界做出一点有价值的东西，为我国农业发展贡献自己的力量。
你心目中最喜欢或敬仰的科学家
我最喜欢的科学家是杨振宁。杨振宁先生不仅在物理学领域做出了卓越贡献，也为我国的教育事业倾注了很多努力，更为推动人类文明发展发挥了不可估量的作用。
如何向你的家人朋友介绍研究的内容和意义？
玉米起源于热带，对低温胁迫非常敏感。我们的工作旨在探究玉米的脂代谢如何响应低温胁迫。脂质化合物作为细胞膜和细胞器膜的重要组成部分，是维持细胞结构和细胞功能的基本成分，同时也是细胞内不可或缺的信号分子。低温胁迫作为一种物理信号，可以直接改变细胞膜脂的组成，通过全面的脂质组分析，我们发现这种改变并非是无序不可逆的过程，而是具有明显的选择性、特异性和保守性，这表明植物存在精密的调控机制来控制这一过程。同时结合遗传分析，我们进一步确认了玉米脂代谢直接影响着玉米的低温耐受能力。本文研究结果有利于我们重新认识植物脂代谢和植物低温响应之间的内在关系，为培育耐低温胁迫玉米提供理论基础。
在课题研究过程中，你遇到过什么特别的困难，是如何克服的？
科学是一个探索未知的过程，难免会遇到各种问题。我遇到最大的困难是课题研究方向的选择，以及如何正确理解自己的课题和研究领域，这对于我的科学研究过程会产生持续且多样的影响。我主要通过大量研读文献，以及找到自己感兴趣的研究方向或擅长的研究思路，来克服这一困难。
在得知论文被接收后，你的感觉是什么？
我感到很高兴，因为我的研究结果被认可，并有机会和大家一起分享，我很喜欢这种分享的快乐。
在你的研究领域中，你认为最具挑战性的科学问题是什么？
在我的研究邻域，我认为最挑战的科学问题是植物到底是如何感知低温信号，从而将这一物理信号转化为生物信号，传递到下游，激活一系列的生理生化响应，并最终做出正确的防御反应。
转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号
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