热胁迫是植物最具挑战性的环境因子之一，植物已经进化出各种机制来应对它。然而，热应激引起的脂质重塑的作用尚未完全了解。本研究结合基于UPLC-QTOF/ MS的脂质组学和转录组学分析，揭示了热胁迫下蓖麻脂质重塑的分子基础。作者在蓖麻幼苗中检测到297种脂类化合物，其中54种在高温胁迫下表现出丰度变化。特别是多不饱和三酰基甘油(TAG)和甘油二酰基(DAG)显著增加，而多不饱和单乳糖二酰基甘油(MGDG)显著减少。当热应激减轻后，这些脂质分子恢复到正常水平。作者发现热诱导的标签主要在细胞质中积累。转录组学分析表明，用于标记的多不饱和脂肪酸(FAs)并非来自从头合成，而是可能来自脂质重塑通过脂肪酶活性，并随后通过二酰基甘油酰基转移酶(DGAT)酯化成标记。该研究的结果表明，TAG可能作为中间体脂质转换提供了植物应对热胁迫的一种机制，拓宽了对植物热胁迫适应过程中脂质重塑的理解。
该论文“Integrated lipidomic and transcriptomic analysis reveals triacylglycerol accumulation in castor bean seedlings under heat stress ”于2022年2月25日，由西北大学与中科院昆明植物所的研究人员合作在Industrial Crops & Products发表。
研究材料
蓖麻变种ZB306种子表面消毒后，置于湿滤纸上，25℃萌发。2天后，将萌发的种子移栽到盆栽土壤中，光照16小时/8小时循环，25℃/22℃，在温室中生长。将4周大的幼苗分为两组，每组20株。将25℃光照12 h的幼苗定义为对照组(以下简称CK)，将45℃光照12 h的幼苗定义为热应激组(简称HS)。热处理后，半数幼苗恢复正常(25℃12 h-night)，定义为恢复组(RHS)。每组幼苗分别采集，立即用液氮冷冻保存在-80℃的超低温冰箱中进行后续分析。
技术方法
脂质薄层色谱分析，LC-MS质谱分析，亚细胞定位，转录组测序，qRT-PCR。
研究结果
与CK组的幼苗相比，HS幼苗没有表现出明显的表型差异，表明蓖麻幼苗对热胁迫具有很强的耐受性。作者采用脂质薄层色谱分析发现热应激可以诱导蓖麻幼苗中TAG的积累和MGDG的减少。
多重比较表明，与CK组相比热处理导致 TAG、DAG 和 PC 含量显着增加，MGDG、SQDG 和 PE 含量显着降低，而PA，PG和PI含量在热处理后有略微增加，在热应激解除后，SQDG和PE的含量恢复到与CK相当的水平，TAG和DAG相对于HS显着降低，但仍高于CK幼苗。在从热处理中恢复后，PC 的水平持续增加，而 RHS 中的 MGDG 含量恢复到高于 HS 或 CK 的水平。此外，作者观察到热应激并没有引起总FFA含量的明显变化，但不饱和FAs的含量显着降低。此外，对不同脂质分子的鉴定显示，有39种脂质表达上调，15种脂质表达下调，值得注意的是，在热应激下，DAG和TAG显著积累，增加了2- 43倍，尤其是DAG6:6、TAG54:6、TAG54:7、TAG54:8和TAG54:9。
作者分析了与上述不同脂质化合物酯化的 FA 物种。发现 PA、PC、PE、TAG 和 DAG 含有相似的 FA 种类，主要由 C16:0、C18:2 和 C18:3 组成，而 PG 主要由 C16:0 组成，约占总数的 68% FA。MGDG 和 DGDG 主要由 C18:3 组成，分别占总 FA 的 93% 和 82%。另一方面，MG主要含有C18:3（~72％），SQDG主要由C16：0（~41％）和C1:3（~49％）组成。
为了研究热诱导的TAGs、具体积累的部位，作者用一种叫尼罗红的亲脂质染料进行荧光定位，发现在热处理后的叶片获得的原生质体中产生了大量的脂滴（红色荧光），而在从CK获得的原生质体中仅观察到少量脂滴。热应激恢复后，脂滴数量相对于HS明显减少，但仍高于CK（见图5），与TAG含量的变化一致。
作者分析了热胁迫下TAG积累的分子学基础，通过检测蓖麻基因组作者确定了 135 个基因，这些基因编码参与 FA 合成等。在热胁迫下蓖麻幼苗中17个基因表达上调，25个基因表达下调。其中参与FA合成的关键基因，如ACCase、3- keto酰基acp合成酶I (KAS I)、3- keto酰基acp还原酶(KAR)、棕榈酰酰基载体蛋白硫酯酶(FATB)和LACS1在热应激下显著下调。
作者还选择了6个上调基因(DGAT1、DGAT2、OLE1、OLE4、PLIP2和HIL1)和4个下调基因(TGD2、TGD4、FAD8和MGD1)进行qRT-PCR验证。所有上调的基因以及4个下调的基因中有3个得到了qRT-PCR的证实，TGD2在热胁迫下的表达没有发生变化。这些结果表明，热诱导的转录水平的变化协调了脂质代谢的变化。
作者对热应激和恢复过程中蓖麻幼苗的脂质组学和转录组学进行了综合分析，并鉴定了大量热响应脂质分子和基因。发现热应激可显着诱导 TAGs 合成并储存在胞质溶胶中，但在恢复过程中它们会减少。TAG 可能是回收从其他脂质释放的 FA 的瞬时中间体，尤其是叶绿体脂质，如 MGDG。转录组分析确定了许多与协调脂质重塑的热反应性脂质相关的基因。该研究结果增加了对热应激下蓖麻和其他植物物种脂质周转的理解，同时为操纵特定脂质分子，尤其是 TAG 提供了潜在的应用，以提高植物的耐热性。
